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15/11/2015 1 Rodrigo López Correa Consanguinidad y Depresión Endogámica Estructura de la clase Consanguinidad Definiciones Cálculo de F y conceptos: • por pedigrí o información genealógica • por tamaño poblacional Tasa de consanguinidad (∆F) Tamaño efectivo (Ne) de una población • Relación con la tasa de consanguinidad (∆F) • Importancia del número de machos Consecuencias de la Endocría • Depresión endogámica y expresión de genes deletéreos Consideraciones finales Aditivo SELECCIÓN No Aditivo ENDOCRÍA CRUZAMIENTOS Introducción P = A +D +I + E
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Rodrigo López Correa
Consanguinidad
y
Depresión Endogámica
Estructura de la clase
Consanguinidad
� Definiciones
� Cálculo de F y conceptos:
• por pedigrí o información genealógica
• por tamaño poblacional
� Tasa de consanguinidad (∆F)
� Tamaño efectivo (Ne) de una población
• Relación con la tasa de consanguinidad (∆F)
• Importancia del número de machos
Consecuencias de la Endocría
• Depresión endogámica y expresión de genes deletéreos
�Consideraciones finales
Aditivo SELECCIÓN
No Aditivo ENDOCRÍA CRUZAMIENTOS
Introducción
� P = A +D +I + E
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Definiciones
Un animal es consanguineo solo si sus padres son parientes
Endocría
¿Cuándo un animal es consanguíneo?
Es el apareamiento de animales emparentados
Probabilidad de que los alelos en un locus cualquiera de un individuo sean idénticos por ascendencia
Consanguinidad (F)
ambas copias de un alelo proveniente de un
antepasado común a los padres de ese individuo
Cálculo de F a nivel individual
X
A
CB
A1A2
Ancestro común
A1 A1
A1A1
A1
A1alelo heredado vía materna proveniente de “A”
alelo heredado vía paterna proveniente de “A”
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Cálculo de F a nivel individual
X
A
CB
A1A2A1 A1
A1A1
A1
A1Copias IDÉNTICAS por ASCENDENCIA
(trasmitidas por A)
FX = 0,125
aBC = 0,25
? ?
FA = 0
Pero…
las estimaciones de parentesco y consanguinidad
dependen de la información disponible
X
A
CB
Si obtenemos información de que los padres de A son hermanos enteros…
FA = 0,25
aBC = 0,31
FX = 0,16
las estimaciones de parentesco y consanguinidad
se basan en el conocimiento de la población
D E
F G
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Población Base:
individuos que desconocemos sus antepasados y
suponemos no relacionados, por lo tanto F=0
A
X
B C
H
J
Q I
K
Q
P
Generación BASE
Generación I
Generación II
S TR
La consanguinidad (F) promedio de una generación es relativa
a la poblacion base
Estructura de la clase
Consanguinidad
Definiciones
� Cálculo de F y conceptos:
• por pedigrí o información genealógica
• por tamaño poblacional
� Tasa de consanguinidad (∆F)
� Tamaño efectivo (Ne) de una población
• Relación con la tasa de consanguinidad (∆F)
• Importancia del número de machos
�Consecuencias de la Endocría
• Depresión endogámica y expresión de genes deletéreos
�Consideraciones finales
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1) A través del pedigrí
� Diagrama de pasos
� Método tabular
� Matriz A
¿Cómo calculamos F?
A
B C
X
A B C X
A 1
B 1
C 1
X + X1 F
ABa ACa AXa
BXa
CXaBCa
A B CA
¿Cómo calculamos F?
1) A través del pedigrí
� Diagrama de pasos
� Método tabular
� La F de la población será el promedio de las F de los individuos que la componen
� Obtenemos la F de cada individuo
Es inevitable en poblaciones pequeñas y cerradas
Indica el aumento relativo de la homocigosis
Conceptos sobre la consangunidad
�Ejemplo 1:
3 carneros
Población 1 Población 2
10 ovejas100 ovejas3 carneros
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�Ejemplo 2:
3 carneros
Población 1 Población 3
100 ovejas
1000 ovejas
1 carnero
En poblaciones de tamaño reducido la probabilidad de apareamiento entre animales emparentados es mayor
Podemos predecir el incremento de F
si conocemos el tamaño y la estructura de la población
2) A través del tamaño poblacional
AboP AbaP AboM AbaM
B C
X
ΙΙ =F 0
ΙΙΙ =F ?
Ι =F 0
• M número de machos usados en la generación I
• H número de hembras usadas en la generación I
¿Cómo calculamos F?
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Para que X sea consanguíneo:
� 1. Los AbuelOs tienen que ser los mismos
� Se usaron M machos en la generación 1� La probabilidad que sean los mismos es:
AboP = AboM
B C
X
• 1 x 1/M = 1/MProbabilidad que el
AboP sea macho de
la Generación 1
Probabilidad que el
AboP sea el mismo
Para que X sea consanguíneo:
AboP = AboM
B C
X
• La probabilidad que sea el mismo
AbuelO
� Si un individuo X tiene un único abuelo, sus padres son ½ hermanos y la FX es:
FX = (1/2) [(1/2)2 (1+FAbo)] = 1/8
a BC
FX = 1/8 x 1/M
•Suponiendo que es el mismo abuelo
� Similar razonamiento si el individuo X tiene una única abuela
Para que X sea consanguíneo
� 2. Las AbuelAs tienen que ser las mismas
� Se usaron H hembras
� La probabilidad que sean las mismas es 1/H
AbaP = AbaM
B C
X
• 1 x 1/H = 1/H
Probabilidad que la
AbaP sea hembra de
la Generación 1 Probabilidad que la
AbaP sea la misma
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Para que X sea consanguíneo:
AbaP = AbaM
B C
X
•Suponiendo que efectivamente ocurra
ese supuesto
� Si un individuo X tiene una única abuela, sus padres son ½ hermanos y la FX es:
FX = (1/2) [(1/2)2 (1+FAba)] = 1/8
a BC
FX = 1/8 x 1/H
•Suponiendo que es la misma abuela
Considerando las vías por las que X puede ser consanguíneo
FX = 1/8(1/M) + 1/8(1/H) = FIII
= 1/8 (1/M + 1/H)
Estructura de la clase
Consanguinidad
Definiciones
� Cálculo de F y conceptos:
• por pedigrí o información genealógica
• por tamaño poblacional
� Tasa de consanguinidad (∆F)
� Tamaño efectivo (Ne) de una población
• Relación con la tasa de consanguinidad (∆F)
• Importancia del número de machos
Consecuencias de la Endocría
• Depresión endogámica y expresión de genes deletéreos
�Consideraciones finales
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ΔFG = 1/8 (1/M + 1/H)
La ΔF depende del número de Machos (M) y Hembras (H)
ΔFG = FIII – FII = 1/8M + 1/8H
0
(I)
Tasa de Consanguinidad Generacional
(∆FG)
La ΔFG entre la generación II y III
Incremento en consanguinidad de una población de una generación a la siguiente
¿Qué pasa en una población IDEAL?
� Tiene igual número de reproductores machos y hembras
�Apareamientos al azar
�Sin selección, mutación o migración
¿Qué pasa en una población IDEAL?
� Tiene igual número de reproductores machos y hembras
M = H M = N/2 y H = N/2
Sustituyendo en (I)
ΔFG = 1/8 (2/N + 2/N) = 1/8 (4/N) = 1/2N
ΔFG = 1/(2N) (II) Incremento en F cuando M = H
N = M+H
Total progenitores
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Sin embargo, en la realidad existen poblaciones con distinto tamaño y el M es menor al H …
¿Cómo comparar el incremento en la consanguinidad entre poblaciones con diferente
número total de reproductores?
NORMALMENTE: N > Ne
Estructura de la clase
Consanguinidad
Definiciones
� Cálculo de F y conceptos:
• por pedigrí o información genealógica
• por tamaño poblacional
� Tasa de consanguinidad (∆F)
� Tamaño efectivo (Ne) de una población
• Relación con la tasa de consanguinidad (∆F)
• Importancia del número de machos
Consecuencias de la Endocría
• Depresión endogámica y expresión de genes deletéreos
�Consideraciones finales
Tamaño Efectivo de una población (Ne)
Número de individuos que darían origen a una tasa de consanguinidad dada si la estructura fuese de una
población ideal
Tenemos 2 casos:
1) Población IDEAL N = Ne
2) Población REALES N > Ne
ΔFG = 1/2N = 1/2Ne
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Machos x generación 2 2 2 5 20 1
Hembras x generación 2 20 200 200 200 999999
N 4 22 202 205 220 1000000
4 7.3 7.9 19.5 72.7 4eN
Usualmente los machos tienen más hijos que las hembras
• Solo necesitamos pocos padres para producir la
generación siguiente
La consanguinidad depende del tamaño efectivo (Ne)
más que del tamaño actual (N)
Ejemplo:
Tamaño Efectivo de una población (Ne)
Si igualamos (II)(I) y
1/2Ne = 1/8 (1/M + 1/H)
Cálculo de Ne:
NeG = 4MH/M+H
y sustituimos N por Ne
ΔFG = 1/(2NeG) (III)
�m, el número de machos incorporados por año
�h, el número de hembras incorporadas por año
�IG, el intervalo generacional de la población
donde:
M = m x IG
H = h x IG
Considera:
�M, el número de machos utilizados por generación
�H, el número de hembras utilizadas por generación
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0 5aF . %∆ = Seria aceptable, da un CV% del PG menor a 10% en 10 años Nicholas (1989) Bijman (2002) 0.5 a 1%
ΔFa = ΔFG/IG
Cálculo de ∆Fa:
Una aproximación tomando en cuenta solo los machos
ΔFa ≈ 1/8mIG2
ΔFa = (1/8mIG2) + (1/8hIG2)
Tasa de Consanguinidad Anual
(∆FA)
El Ne permite comparar poblaciones con diferentes tamaños y estructuras en términos
de la ΔF esperada
Weigel (2001)
Ejemplos de Ne a nivel mundial y nacional
Ne: 39
Merino Australiano (URU)
Holando (EE.UU.)
Ne: 300
Ciappesoni y Goldberg (2012)
Corriedale (URU)
Ne: 500Ciappesoni y Goldberg (2012)
Angus colorado (EE.UU.)
Ne: 445Márquez et al.(2010)
Jersey (Canadá)
Ne: 55Stachowicz et al. (2011)
Antílope Addax (URU)
Ne: 2,2Armstrong et al. (2010)
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Edad 2 3 4 5 6
Carneros 1 1
Ovejas 20 20 20 20 20
e
gg a
e
a 2
4 3.25 65N 12.38
3.25 65F (%)1
F (%) 4% F (%) 1.24%2 N IG
1 1 1F (%) 1.24%
8 IG m h
= =+
∆∆ = = ∆ = =
∆ = + =
M HIG = 2.5 IG = 4 IG= 3.25 M = 1 x 3.25 = 3.25
H = 20 x 3.25 = 65
En esta situación en la que no disponemos de la estructura etaria de los
reproductores, el tamaño efectivo generacional es casi equivalente a:
En una población con 100 individuos, compuesta por 3 machos y 97
hembras se desea estimar la tasa de consanguinidad por generación.
Ejemplo 2:
Ne = 4MH/M+H
Ne = 4 (97) (3)/ (97+3) = 12
Y la tasa de consanguinidad por generación será:
ΔFG = 1/(2*15) = 0.04
la tasa de consanguinidad por generación es equivalente a la que produciría una población ideal compuesta por 12 reproductores en total (6 machos y 6 hembras)
Estructura de la clase
Consanguinidad
� Definiciones
� Cálculo de F y conceptos:
• por pedigrí o información genealógica
• por tamaño poblacional
� Tasa de consanguinidad (∆F)
� Tamaño efectivo (Ne) de una población
• Relación con la tasa de consanguinidad (∆F)
• Importancia del número de machos
Consecuencias de la Endocría
• Depresión endogámica y expresión de genes deletéreos
�Consideraciones finales
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Aumento de la homocigosis
Consecuencias de la Endocría
Generación 1
Generación 2
Generación 3
Generación 4
A1A1Homocigotas
A1A2Heterocigotas
100%
100%
100%
25%
25% 50%
50%
0 25 50Frecuencia de los genotipos
25%
25%
100%
100%
100%
A2A2Homocigotas
75 100
Disminución de los heterocigotas incremento de los homocigotas50% por generación F=0.5
AUTOFECUNDACIÓN
� Incremento de los homocigotas� Varia según el tipo de apareamiento� Incremento en la expresión de alelos recesivos� No cambian las frecuencias génicas
GeneraciónAuto
FecundaciónHermanos
EnterosMedios
Hermanos1 0.500 0.250 0.1252 0.750 0.375 0.2193 0.875 0.500 0.3954 0.938 0.594 0.3815 0.969 0.674 0.449
ΔFHE = 0,25 ΔF1/2HE = 0,125
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Consecuencias de la Endocría
Reducción de la media poblacional
Depresión endogámica
Es la disminución de las medias poblacionales para distintas características, pero no todas son afectadas en
igual magnitud
Cambio en la media poblacional por F
Genotipo Valor FrecuenciaA1A1 a p2
A1A2 d 2pqA2A2 -a q2
Media = Σ valor x frecuencia
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Cambio en la media poblacional por F
Genotipo Valor Frecuencia Cambio por FA1A1 a p2
A1A2 d 2pq
A2A2 -a q2
Media poblacion con F
= a(p2 + pqF) + d(2pq- 2pqF) – a(q2 + pqF)xGF
Media inicial
= a(p-q) + 2pqdxG0
= - 2pqdFxGF xG0DEPRESIÓN ENDOGÁMICA
+ pqF- 2pqF
+ pqF
Modelo para 1 locus
Cambio en la media poblacional por F:
¿de dónde sale?
= a(p2 + pqF) + d(2pq - 2pqF) – a(q 2 + pqF)xGF
= a(p-q) + 2pqdxG0
= ap2 + apqF + d2pq - d2pqF – aq 2 - apqFxGF
xGF = ap2 – aq2 + d2pq - d2pqF + apqF - apqF
xGF = a(p2 – q2) + d2pq - d2pqF + apqF - apqF
xGF = a(p – q) + d2pq- d2pqF
xG0
= - 2pqdFxGF xG0
�p y q�d�F
La magnitud de la depresión endogámica depende de:
Dirección opuesta al progreso genético
Se espera mayor depresión en caracteres de
baja heredabilidad
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Consanguinidad y progreso genetico
PGb F∆
PG – b∆∆∆∆FProgreso genético = neto
Progreso genético
Depresión endogámica
(1%F)
Incremento en consaguinidad
−
= σ == =
= =
∆ = ⇒
= ∆∆ = ∆ =
= − ∆ = − =
2P
3a
a
a
PesoDestete
h 0.30 18Kgs.
i 1.78 IG 4.25
1.78 0.3 18PGA 2.26Kgs.
4.25
F 2.4 x10 0.24%
b 0.5Kgs./1% F(depresion)
b F 0.24%0.5Kgs./1% F 0.12 Kgs.
PGAneto PGA b F 2.26 0.12 2.14Kgs.
Ejemplo
PG
b F∆
Carácter b
Leche Holstein Prod. leche -29.6 kg.
Grasa -1.08 kg.
Proteína -0.97 kg.
Carne Hereford % destete -1.24 %
Ovinos PVS -0.017 kg.
Estimaciones de depresión endogámicadepresión endogámica por cada aumento de 1 % F
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Aumento de la expresión de genes deletéreos en la población
Consecuencias de la Endocría
Genes letales y otras anormalidades
� Letales (preñez y nacimiento)
� Semiletales o subletales (a edades jóvenes)
� Perjudiciales (reducen vigor y viabilidad)
� Ejemplo� Hernia diafragmática en perros (origen congénito)� Determinada por gen recesivo� Si:
� Frecuencia gen = q = 2%� q2 = (0,02)2 = 0,0004 (0.04%)
� Asumimos una F de 0.25� q2 + pqF = (0.02)2 + (0.98)(0.02)(0.25)=0.0026 (0.53%)� Incremento de 13%
Consideraciones Finales
Los machos son más responsables del incremento en la
tasa de consanguinidad
La tasa de consanguinidad en poblaciones cerradas
es dependiente del tamaño poblacional
El tamaño efectivo permite predecir la
tasa de consanguinidad promedio
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La consanguinidad lleva a una reducción de los genotipos heterocigotas y a un incremento de los genotipos
homocigotas
La consanguinidad causa un incremento en la expresión de
genes deletéreos recesivos y depresión endogámica
La depresión endogámica:
- es la reducción de la media del carácter- depende de la acción génica
- en general los caracteres de baja heredabilidad presentan mayores depresiones- depende de F
La consanguinidad dentro de poblaciones causa disminución de la variación genética
Es necesario tenerla en cuenta en los planes de selección
Bibliografía
� Cardellino, R., Rovira, J. (1987). Mejoramiento genético animal. Ed.
Hemisferio Sur, Montevideo, Uruguay, p. 253.
� Falconer, D.S., Mackay, T.F.C. (1996). Introducción a la genética
cuantitativa. Ed. Acribia, Zaragoza, España, p. 469.
� Bourdon, R. (1997). Understanding Animal Breeding. Ed. Prentice Hall,
USA. p 538.
� Armstrong E., Leizagoyen C., Martínez A.M., González S., Delgado J.V.,
Postiglioni A. 2010. Genetic Structure Analysis of a Highly Inbred Captive
Population of the African Antelope Addax nasomaculatus. Conservation
and Management Implications. Zoo Biology 29 : 1–14.
� Ciappesoni y Goldberg. Selección genómica en ovinos: ¿moda
pasajera o nuevo paradigma? Jornada de Agrobiotecnología INIA,
Montevideo 2012.
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20
� Márquez G. C. , Speidel S. E. , Enns R. M., Garrick, D. J. 2010. Genetic diversity
and population structure of American Red Angus cattle. J Anim Sci, 88:59-68.
� Stachowicz K., Sargolzaei M., Miglior, F. , Schenkel F.S. 2011. Rates of
inbreeding and genetic diversity in Canadian Holstein and Jersey cattle. J
Dairy Sci, 94:5160–5175
� Weigel, K.A. 2001. Controlling inbreeding in modern breeding programs. J.
Dairy Sci. 84 (E.Suppl.): 177-184
� Simm, G. (1998). Genetic improvement of cattle and sheep. Ed. Farming
Press, Ipswich, United Kingdom, p435.
