Introducción
⌅Los
programas convencionales de mejoramiento genético en ganado bovino se
basan en la selección de reproductores con fenotipos superiores, cuya
descendencia hereda los caracteres deseables. Aunque este método ha
demostrado ser altamente confiable, requiere la realización de pruebas
de progenie en su descendencia para calcular las diferencias esperadas
en los hijos (EPDs), proceso que puede extenderse por más de 5 años
debido al amplio intervalo generacional y al tiempo necesario para
reunir suficientes datos de progenie (Luna-Nevárez et al., 2012Luna-Nevarez,
P., Rincon, G., Medrano, J.F., Riley, D.G., Chase, C.C.Jr., Coleman,
S.W., DeAtley, K.L., Islas-Trejo, A., Silver, G.A., Thomas, M.G. 2012.
Identification of one polymorphism from the gene PAPP-A2 associated to
fertility in Romosinuano beef heifers raised under a subtropical
environment. Revista Mexicana de Ciencias Pecuarias. 3(2)185-200.
; Angulo-Valenzuela et al., 2021Angulo-Valenzuela,
N.I., Thomas, M.G., Riley, D.G., Medrano, J.F., Reyna-Granados, J.R.,
Aguilar-Trejo, C.M., Luna-Nevárez, P. 2021. A SNP within the PMCH gene
as a molecular marker associated with fertility traits in Angus and
Brangus beef heifers raised under a desert environment. Tropical Animal
Health and Production. 9:53(3):355.
).
Los
avances recientes en biología molecular han permitido la generación de
grandes cantidades de datos genómicos y de marcadores moleculares para
mejorar los programas de selección y acelerar el progreso genético.
Estos marcadores, que incluyen polimorfismos como SNPs, microsatélites,
AFLP y RFLP, funcionan como señales genéticas al identificar regiones
específicas del ADN relacionadas con rasgos de interés económico en
ganado bovino (Luna-Nevárez et al., 2024Luna-Nevárez,
P., Álvarez-Tavares, I., Torres Simental, J.F., Leyva-Corona, J.C,
Medrano, J.F., Thomas, M.G., Zamorano-Algandar, R., Nieblas-López, M.
2024. Polimorfismo del gen PAPPA2 asociado con la fertilidad postparto
en vacas lecheras de raza Holstein manejadas bajo condiciones cálidas en
el sur de Sonora México. Biotecnia. 26, e2261.
).
Esta
metodología se denomina selección asistida por marcadores (SAM), debido
a que permite la detección temprana de individuos con superioridad
genética, gracias al uso de marcadores asociados a rasgos de relevancia
económica que son heredables (Hurtado-Martinez et al., 2024Hurtado-Martínez,
R.L., Pineda-Montes, A., Luna-Ramirez, P., Reyna-Granados, J.R.,
Leyva-Corona, J.C., Zamorano-Algandar, R., Nieblas- López, M.I.,
Luna-Nevárez, P. 2024. Polymorphism from the gene TLR4 associated with
milk production traits in Holstein cows managed under heat stress.
Revista Latinoamericana de Recursos Naturales 20(3):138-144.
).
Una ventaja decisiva de las herramientas moleculares es su capacidad
para realizar selección sobre caracteres fenotípicos que resultan
complejos, costosos o tardíos de evaluar mediante técnicas de
mejoramiento convencionales, tal como sucede con la reproducción, la
longevidad y las características de la canal, permitiendo así una mejora
más eficiente de estos rasgos (Angulo-Valenzuela et al., 2021Angulo-Valenzuela,
N.I., Thomas, M.G., Riley, D.G., Medrano, J.F., Reyna-Granados, J.R.,
Aguilar-Trejo, C.M., Luna-Nevárez, P. 2021. A SNP within the PMCH gene
as a molecular marker associated with fertility traits in Angus and
Brangus beef heifers raised under a desert environment. Tropical Animal
Health and Production. 9:53(3):355.
; Frezarim et al., 2022Frezarim,
G.B., Fonseca, L.F.S., Salatta, B.M., Silva, D.B.S., Bresolin, T.,
Oliveira Seno, L., Barufatti, A., Ferro, J.A., Albuquerque, L.G. 2022.
Genes and proteins associated with ribeye area and meat tenderness in a
commercial Nellore cattle population. Genome. 65(4):229-240. doi: http://doi.org/10.1139/gen-2020-0163.
).
De
acuerdo con reportes recientes, la información molecular que está
siendo generada en ganado bovino ha sido combinada con información
fenotípica para mejorar la precisión y confiabilidad de los sistemas de
evaluación genética, particularmente para características como el
rendimiento productivo en ganado bovino para leche (Zamorano-Algandar et al., 2023Zamorano-Algandar,
R., Medrano, J.F., Thomas, M.G., Enns, R.M., Speidel, S.E.,
Sánchez-Castro, M.A., Luna-Nevárez, G., Leyva-Corona, J.C.,
Luna-Nevárez, P. 2023. Genetic markers associated with milk production
and thermotolerance in Holstein dairy cows managed in a heat-stressed
environment. Biology, 12, 679.
), fertilidad en ganado lechero y para carne (Contreras-Méndez et al., 2024Contreras-Méndez,
L.A., Medrano, J.F., Thomas, M.G., Enns, R.M., Speidel, S.E.,
Luna-Nevárez, G., López-Castro, P.A., Rivera-Acuña, F., Luna-Nevárez, P.
2024. The Anti-Müllerian hormone as endocrine and molecular marker
associated with reproductive performance in Holstein dairy cows exposed
to heat stress. Animals (Basel). 14(2):213.
; Luna-Nevárez et al., 2024Luna-Nevárez,
P., Álvarez-Tavares, I., Torres Simental, J.F., Leyva-Corona, J.C,
Medrano, J.F., Thomas, M.G., Zamorano-Algandar, R., Nieblas-López, M.
2024. Polimorfismo del gen PAPPA2 asociado con la fertilidad postparto
en vacas lecheras de raza Holstein manejadas bajo condiciones cálidas en
el sur de Sonora México. Biotecnia. 26, e2261.
), y termo-tolerancia en ovinos (Luna-Nevarez et al., 2021Luna-Nevárez,
G., Kelly, A.C., Camacho, L.E., Limesand, S.W., Reyna-Granados, J.R and
Luna-Nevarez, P. 2020. Discovery and validation of candidate SNP
markers associated to heat stress response in pregnant ewes managed
inside a climate-controlled chamber. Tropical Animal Health and
Production. 52: 3457-3466.
), así como para mejorar la selección genética de caracteres de crecimiento (Deng et al., 2024Deng,
T., Li, K., Du, L., Liang, M., Qian, L., Xue, Q., Qiu, S., Xu, L.,
Zhang, L., Gao, X., Lan, X., Li, J., Gao, H. 2024. Genome-Wide
Gene-Environment Interaction Analysis Identifies Novel Candidate
Variants for Growth Traits in Beef Cattle. Animals (Basel). 14(11):1695.
doi: http://doi.org/10.3390/ani14111695.
), y calidad de canal en ganado de carne (Baneh et al., 2025Baneh,
H., Elatkin, N., Gentzbittel, L. 2025. Genome-wide association studies
and genetic architecture of carcass traits in Angus beef cattle using
imputed whole-genome sequences data. Genetic Selection Evolution.
57(1):26. doi: http://doi.org/10.1186/s12711-025-00970-6.
).
La
selección asistida por marcadores (SAM), identifica, a través del uso
de marcadores moleculares, a aquellos animales que poseen regiones
genómicas favorables para la expresión de rasgos de importancia
económica como la fertilidad (Leyva-Corona et al., 2018Leyva-Corona,
J.C., Reyna-Granados, J.R., Zamorano-Algandar, R., Sanchez-Castro,
M.A., Thomas, M.G., Enns, R.M., Speidel, J.E., Medrano, J.F., Rincon,
G., Luna-Nevarez, P. 2018. Polymorphisms within the prolactin and growth
hormone/insulin-like growth factor-1 functional pathways associated
with fertility traits in Holstein cows raised in a hot-humid climate.
Tropical Animal Health and Production. 50:1913-1920. doi: http://doi.org/10.1007/s11250-018-1645-0.
).
Investigaciones recientes han confirmado la presencia de una región en
el cromosoma 5 vinculada a la ovulación múltiple y la gestación gemelar,
la cual es controlada por el gen IGF1 y otros genes relacionados (Rodriguez-Borbón et al., 2023Rodríguez-Borbón,
A., Medrano, J. F., Thomas, M. G., Enns, R. M., Speidel, S. E.,
Torres-Simental, J. F., Rivera-Acuña, F., Hernández-Chávez, J. F.,
Luna-Nevárez, P. 2023. Polymorphisms within the IGF1 and IGF1R genes
associated with superovulation-related traits in Holstein dairy cows
managed in a semiarid environment. Journal of Animal Behaviour and
Biometeorology, 11(4), 2023029.
). Este grupo de genes se describe en el diagrama metabólico propuesto por Farber et al. (2006Farber,
C.R., Corva, P.M., Medrano, J.F. 2006. Genome-wide isolation of growth
and obesity QTL using mouse speed congenic strains. BMC Genomics.
7:1-17.
), el cual considera además del gen IGF1, los
genes del transductor de señal y activador de transcripción (STAT), del
supresor de señal de las citoquinas (SOCS), de la hormona del
crecimiento (GH), de la proteína de enlace del IGF (IGFBP), y de la
proteína plasmática asociada a la preñez A2 (PAPPA2).
Variantes
moleculares del gen IGF1 se han asociado a los niveles séricos de la
proteína que este codifica, es decir, del IGF1, así como con rasgos
fenotípicos de fertilidad y crecimiento en las vacas. Por lo tanto, se
ha propuesto al gen IGF1 como un gen candidato para su inclusión en
programas de selección para la mejora genética de la fertilidad. Al
respecto, una variante molecular del gen IGF1 fue reportada por su
asociación con caracteres reproductivos de vaquillas de raza Brangus
manejadas en un programa de regulación del ciclo estral (Shirley et al., 2005Shirley,
K.L., Thomas, M.G., Hallford, D.M., Silver, G.A., Beauchemin, V.R.,
Enns, R.M. 2005. Prediction of reproductive traits in Brangus heifers
using a SNP and the translated product of the IGF-I gene. Proccedings
Western American Society of Animal Science. 56.
). Un
estudio similar reportó SNPs de genes pertenecientes al eje metabólico
del IGF1 (ej. PAPPA2 y STAT6), como marcadores genéticos asociados a
rasgos de fertilidad en vaquillas productoras de carne de estructura
genética di-alélica (Angus x Brahman x Romosinuano; Luna-Nevarez et al., 2011Luna-Nevarez,
P., Rincon, G., Medrano, J.F., Riley, D.G., Chase, C.C.Jr., Coleman,
S.W., VanLeeuwen, D., DeAtley, K.L., Islas-Trejo, A., Silver, G.A.,
Thomas, M.G. 2011. Single nucleotide polymorphisms in the growth
hormone-insulin like growth factor axis in straightbred and crossbred
Angus, Brahman, and Romosinuano heifers: Population genetic analyses and
association of genotypes with reproductive phenotypes. Journal of
Animal Science. 89: 926-934.
).
Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar SNPs del gen IGF1 como marcadores moleculares asociados a la conducta reproductiva en vaquillas de raza Brangus manejadas en una región semiárida.
Materiales y Métodos
⌅Población y manejo
⌅La
población experimental incluyó 264 vaquillas de la raza Brangus, las
cuales se pesaron al nacer, al destete y a los 365 días de edad, y estas
medidas se ajustaron de acuerdo con las normas establecidas por la “Beef Improvement Federation” (2006)Beef Improvement Federation. 2006. Guidelines for Uniform Beef Improvement Programs. 8th ed. [on line] http://www.beefimprovement.org/library/06guidelines.pdf
. Las vaquillas se desarrollaron
pastoreando en praderas de zacate Bermuda y Bahía. Entre los 12 y 15
meses de edad, las vaquillas fueron expuestas a sementales Brangus de
capacidad reproductiva demostrada, y fueron diagnosticadas para preñez a
los 3 meses posteriores. Después de su primer parto al año siguiente,
las vaquillas fueron nuevamente expuestas a sementales hasta quedar
gestantes y llegar a su segundo parto. Se registró la primera fecha de
parto y se reportó como el rasgo de edad al primer parto (EPP), mientras
que la segunda fecha de parto se reportó como edad al segundo parto
(ESP). La diferencia en días entre ESP y EPP se reportó como la variable
de intervalo entre partos (INT), mientras que el caracter de días al
parto (DP), se calculó como la diferencia en días entre la fecha de
exposición al semental después del primer parto y la ESP.
Polimorfismos y genes a estudiar
⌅El eje funcional GH/IGF1 contiene varios genes ubicados en una región cromosómica de longitud de 23 Mb dentro del BTA5 (Bos taurus autosome 5), los cuales están asociados a diferentes grupos fisiológicos (Farber et al., 2006Farber,
C.R., Corva, P.M., Medrano, J.F. 2006. Genome-wide isolation of growth
and obesity QTL using mouse speed congenic strains. BMC Genomics.
7:1-17.
). Uno de estos genes, el IGF1, se resecuenció para descubrir cuatro SNPs de acuerdo con los procedimientos descritos por Rincon et al. (2009)Rincon,
G., Farber, E.A., Farber, C.R., Nkrumah, J.D., Medrano, J.F. 2009.
Polymorphisms in the STAT6 gene and their association with carcass
traits in feedlot cattle. Animal Genetics. 40(6):878-82. doi: http://doi.org/10.1111/j.1365-2052.2009.01934.x.
.
Para la resecuenciación del gen IGF1 se usó ADN de ganado sin parentesco, en al menos 5 generaciones, de una población que incluyó las razas Holstein, Jersey, Pardo Suizo, Angus, Brangus, Brahman y Simmental. Los polimorfismos detectados en las secuencias de ADN, tanto entre estas razas como dentro de ellas, se evaluaron para determinar su función como SNPs marcadores, o si codificaban o no.
Toma de muestras de sangre y extracción de ADN
⌅Muestras
de sangre se recolectaron individualmente de la vena yugular en tubos
Vacutainer (Venoject®, Terumo, Lakewood, CA, EE. UU.) que contenían
ácido etilendiaminotetraacético disódico (EDTA-Na₂), como
anticoagulante. Las muestras se colocaron en una bolsa térmica y se
transportaron al laboratorio del Instituto Tecnológico de Sonora
(ITSON), donde se centrifugaron durante 15 minutos a 1500 xg.
Posteriormente, se recolectaron 200 μl de la capa leucoplaquetaria y se
almacenaron a -20 °C antes de la extracción de ADN. El ADN se extrajo
utilizando un kit comercial (DNeasy Blood & Tissue Kits; Cat. n.°
69504, QIAGEN, Hilden, Alemania), y siguiendo las instrucciones del
fabricante. La concentración y pureza del ADN extraído se midieron con
un espectrofotómetro automático Nano Drop (NanoDrop, Thermo Fisher
Scientific, Waltham, MA, EE. UU.). La integridad del ADN se confirmó
mediante electroforesis en gel de agarosa al 1% teñido con 1.5 μl de
bromuro de etidio (Aragón-López et al., 2022Aragón-López,
C., Luna-Nevárez, P., Ortiz-Encinas, V., Leyva-Corona, J.C.,
Cantú-Soto, E.U. and Reyna-Granados, J.R. 2021. Detección molecular de
Ehrlichia canis, Anaplasma platys y Rickettsia rickettsiien caninos
domésticos del municipio de Cajeme, Sonora, México. Abanico Veterinario.
11: 1-15.
).
Genotipado
⌅Los
cuatro SNPs incluidos en el presente estudio se genotiparon mediante el
método de discriminación alélica TaqMan y PCR cuantitativa (StepOne™,
Applied Biosystems, Foster City, CA, EE. UU.). Este método permite
genotipificar las dos posibles variantes del SNP en una secuencia molde
diana utilizando dos pares cebador/sonda en cada reacción. La reacción
de PCR para genotipado se realizó añadiendo el ADN genómico molde (2
μl), más la mezcla maestra de genotipado (5 μl; Thermo Fisher
Scientific, Waltham, MA, EE. UU.), una mezcla de ensayo de genotipado
personalizada (0,5 μl; sondas y cebadores) (Thermo Fisher Scientific,
Waltham, MA, EE. UU.), y agua sin ADNasa (2,5 μl). Se incluyeron dos
controles negativos en cada placa. Para los controles negativos, se
añadió agua sin ADNasa (2,5 μl), a cada placa de reacción en lugar de
ADN genómico para la muestra. Los parámetros de ciclado fueron los
siguientes: primero se realizó una desnaturalización a 95 °C durante 10
min, seguido de 40 ciclos de desnaturalización a 95 °C durante 15 s, y
un anillado y una extensión a 60 °C durante 60 s. La PCR se realizó en
un sistema de PCR en tiempo real StepOne (Thermo Fisher Scientific,
Waltham, MA, USA). El análisis de los datos de PCR y la genotipificación
se realizaron con el software StepOne (v2.3, Life Technologies
Corporation, USA), siguiendo los procedimientos descritos por Castillo-Salas et al. (2023)Castillo-Salas,
C.A., Luna-Nevárez, G., Reyna-Granados, J.R., Luna-Ramirez, R.I.,
Limesand, S.W., Luna-Nevárez, P. 2023. Molecular markers for
thermo-tolerance are associated with reproductive and physiological
traits in Pelibuey ewes raised in a semiarid environment. Journal of
Thermal Biology. 112, 103475.
.
Validación de la expresión del gen IGF1
⌅El SNP del gen IGF1 detectado como significativo fue validado por su expresión génica mediante la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (qRT-PCR). Los cebadores oligonucleotídicos se diseñaron a partir del genoma bovino utilizando Primer-BLAST. Las temperaturas óptimas de hibridación y las eficiencias de los cebadores se determinaron mediante PCR. La especificidad de los cebadores se confirmó mediante la secuenciación de nucleótidos de los productos de PCR clonados en el vector PCR 2.1-TOPO (Thermo Fisher Scientific Life Sciences, Waltham, MA, EE. UU.). El ADNc se sintetizó a partir de 0.4 μg de ARN total por reacción utilizando Superscript III (Thermo Fisher). Los productos de PCR se amplificaron con SYBR Green (Qiagen, Valencia, CA, EE. UU.), en un sistema de detección de PCR en tiempo real iQ5 (Bio-Rad Laboratories). Todos los resultados de qPCR se normalizaron con la media geométrica del gen de referencia de la proteína ribosomal s15. El análisis cuantitativo se realizó utilizando el método Ct comparativo y el cambio en la expresión se calculó utilizando el método 2-∆∆CT. Cada muestra se midió por triplicado para garantizar la precisión de la cuantificación.
Análisis estadístico
⌅Se
utilizó el procedimiento MEANS para calcular las estadísticas
descriptivas de las variables continuas analizadas, el procedimiento
UNIVARIATE para correr las pruebas de asunción de normalidad e igualdad
de varianzas (Littell et al., 2002Littell, R.C., Stroup, W.W., Freund, R.J. 2002. SAS for linear models, 4th Ed. SAS Institute Inc., Cary, NC.
),
y el procedimiento ALLELE para estimar las proporciones de alelos y
genotipos, así como para analizar el equilibrio Hardy-Weinberg (Saxton et al., 2004Saxton,
A.M., Balzarini, M.G., Cappio-Borlino, A., Czika, W., Fry, J.D.,
Gibson, G., Guerra, J.L. 2004. Genetic analysis of complex traits using
SAS. SAS Institute, Inc., North Carolina.
).
Se desarrolló un estudio genético asociativo entre los genotipos de los SNPs y los rasgos reproductivos evaluados a través del procedimiento MIXED para variables continuas. Se empleó el modelo estadístico de efectos mixtos: yijklm = µ + Ai + Bj + Ck + Dl + Em + eijklm , donde yijklm representa el rasgo reproductivo evaluado, µ la media poblacional, Ai el efecto fijo del genotipo, Bj el efecto fijo del año de nacimiento, Ck el efecto fijo de la edad de la madre, Dl el efecto de la covariable día ordinal de nacimiento, Em el efecto aleatorio del semental, y finalmente eijklm como el error aleatorio.
Si
el genotipo del SNP resultó ser una fuente significativa de variación
(P < 0.05), en los análisis de asociación para rasgos continuos,
entonces se generaron las comparaciones por pares de las medias de
cuadrados mínimos para los genotipos del polimorfismo analizado. Estas
pruebas de separación de medias se ejecutaron con la opción PDIFF del
procedimiento LSMEANS, que incluyó el ajuste de Bonferroni de los
valores de probabilidad para las diferencias entre las medias. El efecto
de la sustitución alélica promedio del SNP se estimó mediante la
regresión lineal del fenotipo en el número de copias (n = 0, 1 o 2), de 1
alelo (es decir, efecto de sustituir 1 alelo en la población con otro
alelo). También se estimaron los efectos genéticos aditivos y de
dominancia cuando el término genotipo fue significativo (P < 0.05),
siguiendo los procedimientos descritos por Sherman et al. (2008)Sherman,
E.L., Nkrumah, J.D., Murdoch, B.M., Li, C., Wang, Z., Fu, A., Moore,
S.S. 2008. Polymorphisms and haplotypes in the bovine neuropeptide Y,
growth hormone receptor, ghrelin, insulin-like growth factor 2, and
uncoupling proteins 2 and 3 genes and their associations with measures
of growth, performance, feed efficiency, and carcass merit in beef
cattle. Journal of Animal Science. 86:11-16.
.
Para
la realización de todos los análisis estadísticos se utilizaron las
herramientas de análisis genéticos del programa estadístico SAS
(Statistical Analysis System), versión 9.4 (SAS Inst. Inc., Cary, NC),
descritas por Saxton et al. (2004)Saxton,
A.M., Balzarini, M.G., Cappio-Borlino, A., Czika, W., Fry, J.D.,
Gibson, G., Guerra, J.L. 2004. Genetic analysis of complex traits using
SAS. SAS Institute, Inc., North Carolina.
.
Resultados
⌅Los parámetros reproductivos de las vaquillas Brangus incluidas en el presente estudio se observan en la tabla 1, con valores promedio de 2 y 3 años para las variables de EPP y ESP, respectivamente, y un intervalo entre partos de alrededor de 15 meses. Estos resultados en conjunto con la variabilidad de los mismos expresada en el error estándar, sugieren que a pesar de ser manejadas bajo las condiciones ambientales desérticas y semiáridas del estado de Sonora, las vaquillas de raza Brangus son capaces de mostrar un eficiente comportamiento reproductivo.
| Caracter | N | Media ± EE |
|---|---|---|
| Edad al primer parto, d | 264 | 796.4 ± 18.7 |
| Días al parto, d | 264 | 405.8 ± 26.1 |
| Intérvalo entre partos, d | 260 | 465.9 ± 24.6 |
| Edad al segundo parto, d | 260 | 1226.8 ± 36.7 |
N= Número de vacas; Media ± EE = Valor promedio ± error estándar.
Tal y como se aprecia en la tabla 2, de los 4 polimorfimos del gen IGF1 que fueron incluidos en este estudio, sólo el SNP rs5367940596 cumplió con las condiciones de mostrar una frecuencia del alelo menor superior al 10 % (FAM > 0.05), y de mantener el equilibrio Hardy-Weinberg (X2 > 0.05), los cuales son criterios de calidad considerados indispensables para la inclusión de polimorfismos en estudios de asociación genética. De los restantes 3 SNPs, dos de ellos no cumplieron con el criterio de estar en equilibrio Hardy-Weinberg, mientras que el otro SNP no superó una FAM de 0.10.
| SNP ID | Posición | Frecuencias alélicas | Prueba EqHWa | Prob EqHWb | |
|---|---|---|---|---|---|
| rs470049051 | 66237214 | A = 0.04 | C = 0.96 | 0.38 | 0.74 |
| rs5367940596 | 66203489 | C = 0.56 | T = 0.44 | 1.22 | 0.42 |
| rs432706924 | 66220483 | G = 0.97 | T = 0.07 | 24.61 | < 0.01 |
| rs474671786 | 55248883 | C = 0.19 | G = 0.81 | 16.85 | < 0.01 |
SNP
ID = Referencia del SNP en NCBI; Posición = Localización del SNP dentro
del BTA5 en Mb; Frecuencias alélicas = Frecuencias de ambos alelos; aValor de X 2 en la prueba de equilibrio Hardy- Weinberg; bValor de probabilidad de X 2 .
Los valores promedio para los caracteres reproductivos en las vaquillas Brangus evaluadas en el presente estudio de acuerdo a los genotipos del SNP rs5367940596 del gen IGF1, muestran que dicho SNP resultó ser un predictor de la fertilidad pero sólo para la variable EPP (Tabla 3). El genotipo favorable resultó ser el genotipo TT (P < 0.05), debido a que las vacas con este genotipo mostraron valores más bajos de la EPP; mientras que el genotipo CC resultó ser el no-favorable al mostrar las vacas con este genotipo una EPP mas extendida.
| Caracter | N | Medias de cuadrados mínimos ± EE | Prob. | ||
|---|---|---|---|---|---|
| AA | AT | TT | |||
| EPP | 264 | 876.9 ± 30.7a | 778.5 ± 26.5b | 762.3 ± 38.1b | 0.0358 |
| DP | 264 | 414.2 ± 48.1 | 407.0 ± 41.4 | 347.1 ± 58.9 | 0.6125 |
| INT | 260 | 454.7 ± 42.4 | 457.3 ± 35.2 | 432.6 ± 50.2 | 0.9127 |
| ESP | 260 | 1241.6 ± 48.9 | 1227.9 ± 40.6 | 1175.3 ± 57.9 | 0.6454 |
Caracter
= Rasgo productivo asociado a la fertilidad (EPP = Edad al primer
parto; DP = Días al parto; INT = Intervalo entre partos; ESP = Edad al
segundo parto); N = Número de vacas; a,bIndican diferencia estadística
significativa entre los valores promedio por genotipo de acuerdo al
modelo estadístico empleado; Prob = Significancia estadística.
El efecto de substitución alélica que se observa en la tabla 4 confirma la contribución favorable del alelo T del SNP rs5367940596 del gen IGF1, con un efecto estimado de 56.2 días menos de EPP para las vacas Brangus por cada alelo favorable T presente en el genotipo. Adicionalmente, se muestra un valor superior para el efecto fijo aditivo, lo cual indica que la fertilidad mejora en forma lineal por la adición de 1 o 2 alelos favorables T en el genotipo.
| Caracter | Alelo favorablea | Efecto de substitución alélica (SA) | Efectos fijos | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Probb | Estimadoc | EE | Probd | Aditivoe | Dominantef | ||
| EPP | T | 0.0313 | -56.2 | 25.4 | 0.0478 | 57.1 | 41.1 |
aAlelo del SNP con el efecto favorable para la variable de EPP.
bValor de probabilidad obtenido del análisis de substitución alélica.
cEfecto estimado expresado en unidades del carácter de EPP ± el error estándar.
dValor de probabilidad obtenido del análisis de efectos fijos de aditividad y dominancia.
eDiferencia entre los 2 genotipos homocigotos dividida entre 2.
fDesviación del genotipo heterocigoto con respecto al promedio de los 2 homocigotos.
El patrón de expresión del gen IGF1 en vaquillas Brangus con genotipo favorable y no-favorable se muestra en la figura 1, donde se aprecia un incremento significativo (P < 0.05), en las vacas que portan el genotipo favorable para el SNP rs5367940596 del gen IGF1. Estos resultados confirman la significancia biológica del gen IGF1 como regulador de la fertilidad en vaquillas Brangus.
Discusión
⌅Los
eventos reproductivos, como el desarrollo folicular y la ovulación,
están controlados por diversas hormonas y metabolitos. El período
periparto es crucial para la fertilidad posterior al parto. La actividad
ovárica posparto es infuenciada por cambios hormonales y metabólicos,
especialmente después del parto, lo que eventualmente afecta el
rendimiento reproductivo del ganado. Uno de los factores metabólicos más
importantes que afectan la actividad reproductiva en las vacas son los
cambios en la concentración del factor de crecimiento insulínico tipo 1
(IGF1), después de la pubertad (Mirzaei et al., 2012Mirzaei,
A., Sharifiyazdi, H., Ahmadi, M.R., Ararooti, T., Ghasrodashti, A.R.,
Kadivar, A. 2012. The effect of polymorphism in gene of insulin-like
growth factor-I on the serum periparturient concentration in Holstein
dairy cows. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. 2(10):765-9.
doi: http://doi.org/10.1016/S2221-1691(12)60226-3.
).
Existe
evidencia bibliográfica que sustenta el papel del IGF1 como regulador
de eventos asociados a la fertilidad en la vaca productora de carne. Por
lo tanto, el gen del IGF1 se propone como un gen candidato en programas
de selección genética para mejorar la fertilidad en vacas productoras
de carne, debido a que está asociado con rasgos reproductivos en la
hembra tales como foliculogénesis y esteroidogénesis, gestación
temprana, mantenimiento del cuerpo lúteo, desarrollo del embrión,
funcionalidad de la placenta, desarrollo fetal, mecanismo del parto y
fertilidad post-parto (Torres-Simental et al., 2021Torres-Simental,
J.F., Peña-Calderón, C., Avendaño-Reyes, L., Correa-Calderón, A.,
Macías-Cruz, U., Rodríguez-Borbón, A., Leyva-Corona, J.C., Rivera-Acuña,
F., Thomas, M.G., Luna-Nevárez, P. 2021. Predictive markers for
superovulation response and embryo production in beef cattle managed in
northwest Mexico are influenced by climate. Livestock Science.
250:104590.
). En el presente estudio se identificó al
SNP rs5367940596 dentro del gen IGF1como marcador molecular asociado al
rasgo reproductivo de edad al primer parto en vaquillas de raza Brangus.
Se detectó al genotipo favorable de dicho SNP y se confirmó su
contribución a través de su efecto aditivo, validando su funcionalidad a
través del incremento observado en la expresión de ARNm del gen IGF1.
El eje somatotrópico
influye en los procesos fisiológicos de todo el organismo, afectando
especialmente la conducta reproductiva de la vaca (Hull y Harvey, 2014Hull,
K.L., Harvey S. 2014. Growth hormone and reproduction: a review of
endocrine and autocrine/paracrine interactions. International Journal of
Endocrinology. 2014:234014. doi: http://doi.org/10.1155/2014/234014.
).
En este sistema, la hormona de crecimiento hipotalámica (GH), afecta a
los tejidos a través de su receptor (GHR). En muchos órganos, incluyendo
el tejido reproductivo y el hígado, la GH induce la síntesis del factor
de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF1), y algunas de sus
proteínas de unión específicas (IGFBPs). El IGF1 ejerce sus efectos
uniéndose a dos receptores específicos (IGF1R e IGF2R), lo que lleva a
una señalización intracelular que regula el crecimiento, la
proliferación y la diferenciación celular (Radcliff et al., 2004Radcliff,
R.P., VandeHaar, M.J., Kobayashi, Y., Sharma, B.K., Tucker, H.A., Lucy,
M.C. 2004. Effect of dietary energy and somatotropin on components of
the somatotropic axis in Holstein heifers. Journal of Dairy Science.
87:1229-1235. doi: http://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(04)73273-7.
).
El IGF1R está presente en varios tejidos, incluyendo las células de la
granulosa y de la teca en el folículo ovárico. Las IGFBP (IGFBP-1 a -6),
controlan el IGF1 impidiendo su unión al IGF1R. Esto se ve alterado
adicionalmente por enzimas como la proteína plasmática A asociada al
embarazo (PAPPA), que proteolizan la IGFBP para liberar IGF1. Estos
mecanismos reguladores son componentes clave tanto del eje somatotrópico
como del sistema parácrino del IGF1 en el folículo de la vaca (Schiffers et al., 2024Schiffers,
C., Serbetci, I., Mense, K., Kassens, A., Grothmann, H., Sommer, M.,
Hoeflich, C., Hoeflich, A., Bollwein, H., Schmicke, M. 2024. Association
between IGF-1 and IGFBPs in Blood and Follicular Fluid in Dairy Cows
Under Field Conditions. Animals (Basel). 14(16):2370. doi: http://doi.org/10.3390/ani14162370.
).
El
IGF1 sistémico se ha asociado con diversas mediciones de fertilidad y
rendimiento reproductivo en ganado, incluyendo la edad al primer parto,
la reanudación de la ciclicidad ovárica posparto, la tasa de concepción
al primer servicio, la tasa de ovulación gemelar y el desarrollo
embrionario preimplantacional (Velazquez, 2008Velazquez,
M. 2008. Assisted reproductive technologies in cattle: applications in
livestock production, biomedical research and conservation biology.
Annual Review of Biomedical Science. 10, 36-62.
). Se
ha demostrado que el IGF1 sérico es altamente heredable, con
estimaciones de repetibilidad del orden de 0.48 durante el período
posdestete en ganado Angus (Davis y Simmen, 1997Davis
M. E., Simmen R. C. 1997. Genetic parameter estimates for serum
insulin-like growth factor I concentration and performance traits in
Angus beef cattle Journal of Animal Science. 75, 317-324.
).
Esto sugiere un fuerte control genético aditivo del IGF1, un gen que
parece estar regulado tanto a nivel transcripcional como traduccional (Wang et al., 2003Wang
Y., Price S.E., Jiang H. 2003. Cloning and characterization of the
bovine class 1 and class 2 insulin-like growth factor-I mRNAs. Domestic
Animal Endocrinology. 25, 315-328.
). Se ha demostrado
que el IGF1 contribuye a la variación genética en características como
la grasa de la canal, el peso vivo de la canal, la ganancia diaria
promedio, así como el tamaño corporal, la eficiencia de conversión de
alimentos, la producción de leche y la deposición de grasa (Johnston et al., 2001Johnston,
D.J., Herd, R.M., Reverter A., Oddy, V.H. 2001. Heritability of IGF-I
in beef cattle and its association with growth and carcass traits.
Proceedings of the Association for the Advancement of Animal Breeding
and Genetics. 14, 163-166.
).
El IGF1 despliega
multiples funciones relacionadas con la fertilidad de la vaca, entrada a
la pubertad, el crecimiento posnatal, el desarrollo de la glándula
mamaria y las funciones reproductivas. El IGF1 es un factor promotor de
la producción de la hormona folículo estimulante (FSH), y la hormona
luteinizante (LH), esenciales para el funcionamiento adecuado del
folículo y cuerpo lúteo (Barrera et al., 2023Barrera,
S.S., Naranjo-Gomez, J.S., Rondón-Barragán, I.S. 2023. Thermoprotective
molecules: Effect of insulin-like growth factor type I (IGF-1) in
cattle oocytes exposed to high temperatures. Heliyon. 9(3):e14375. doi: http://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14375.
).
Además, el IGF1 apoya la esteroidogénesis dentro de las células
foliculares al estimular el sistema de la aromatasa, apoyar la secreción
de inhibina e inducir el desarrollo de receptores de LH en la
superficie follicular. El IGF1 actúa de forma autocrina o paracrina en
las células de la granulosa y del cúmulo, regulando así los mecanismos
de proliferación, diferenciación e incluso esteroidogénesis en el propio
ovocito, favoreciendo el proceso ovulatorio (Araujo et al., 2020Araujo,
M.S., Guastali, M.D., Paulini, F., Silva, A.N., Tsunemi, M.H., Fontes,
P.K., Castilho, A.C.S., Landim-Alvarenga, F.C. 2020. Molecular and
cellular effects of insulin-like growth factor-1 and LongR3-IGF-1 on in
vitro maturation of bovine oocytes: comparative study. Growth Hormone
IGF Research. 55:101357. doi: http://doi.org/10.1016/j.ghir.2020.101357.
).
Los resultados reportados en el presente estudio proponen al SNP rs5367940596 dentro del gen IGF1 como predictor de la función reproductiva temprana en vaquillas de la raza Brangus. Ello representa una potencial herramienta para la selección genética de ganado bovino con superioridad para caracteres asociados a la pubertad, ya que las vaquillas que alcanzan más rápido su primer parto, debieron haber alcanzado la pubertad más tempranamente. Por lo tanto, las vaquillas que poseen los alelos favorables para el polimorfismo rs5367940596 son candidatas para ser incluidas en un programa de selección asistida por marcadores moleculares. De esta forma, utilizando este SNP como marcador molecular, es posible la selección temprana de aquellas becerras con genotipo deseable para dicho marcador, evitando gastos innecesarios al productor de ganado por mantener en su hato hembras de reemplazo con bajo potencial reproductivo, y que seguramente serán eliminadas al llegar a la madurez reproductiva después de haber invertido gran cantidad de recursos para su desarrollo, los cuales no serán recuperados.
El gen IGF1 es un potente marcador genético de
rasgos reproductivos de las hembras. Se ha descrito la correlación entre
polimorfismos del IGF1 y el tamaño de la camada de la cabra y oveja.
Además, se ha demostrado que SNPs del gen IGF1 influyen en la tasa de
fertilidad de las ovejas Sarda (Sebastiano et al., 2020Sebastiano,
L., Consuelo, M.M., Veronica, D.S.M., Luisa, P., Giovanni, C.,
Michella, N., Vincenzo, C. 2019. Polymorphism of insulin-like growth
factor 1 gene and its relationship with reproductive performances and
milk yield in Sarda dairy sheep. Veterinary Animal Science. 15;9:100084.
doi: http://doi.org/10.1016/j.vas.2019.100084.
).
Se ha reportado la mutación de T a C en la posición 512 de la región
reguladora del gen IGF1 como asociada a caracteres de fertilidad en las
vacas. Este SNP influye en la duración del periodo desde el parto hasta
el inicio de la actividad lútea posparto, siendo esencial para la
gestación posterior al parto (Nicolini et al., 2013Nicolini,
P., Carriquiry, M., Meikle, A. 2013. A polymorphism in the insulin-like
growth factor 1 gene is associated with postpartum resumption of
ovarian cyclicity in Holstein-Friesian cows under grazing conditions.
Acta Veterinary Scandinavica. 55(1):11. doi: http://doi.org/10.1186/1751-0147-55-11.
).
También se ha descrito que la mutación C-512-T del gen IGF1 influye en
la aparición del primer estro postparto, en el intervalo parto-primer
servicio y en los días abiertos en vacas Holstein primíparas (Hartanto et al., 2024Hartanto,
S., Budiyanto, A., Widayanti, R., Setyawan, E.M.N., Prasetya, I.D.
2023. Characterization of polymorphisms in the follicle-stimulating
hormone receptor and insulin-like growth factor-1 genes and their
association with fertility traits in Jawa-Brebes cows. Veterinary World.
16(4):711-716. doi: http://doi.org/10.14202/vetworld.2023.711-716.
).
Conclusiones
⌅En el presente estudio se identificó al SNP rs5367940596 del gen IGF1 como predictor de la edad al primer parto en vaquillas de la raza Brangus, por lo cual se propone dicho SNP como un marcador molecular asociado al comportamiento reproductivo temprano en vaquillas productoras de carne. Se sugiere considerar este polimorfismo en programas de selección asistida por marcadores moleculares, ya que las vaquillas que poseen el genotipo deseable para este SNP, tienen una ventaja respecto al resto de las vaquillas por su habilidad para alcanzar la pubertad en menor tiempo. Este tipo de animales son deseables en los sistemas de producción extensiva de ganado, ya que al iniciar más tempranamente su etapa reproductiva aseguran una vida productiva más consistente y rentable. Sin embargo, es importante continuar realizando estudios similares incrementando el número de animales, diversificando las razas utilizadas y considerando un mayor número de SNPs de genes pertenecientes al eje endócrino GH-IGF1, para la detección de novedosos marcadores genéticos para fertilidad en ganado productor de carne.