el uso prÁctico de las - zoetis...programas de mejoramiento genético para ganado lechero •...

Ricardo C. Chebelт*, Francisco Peñagaricano*

тDepartment of Large Animal Clinical Sciences & *Department of

Animal Sciences; University of Florida

EL USO PRÁCTICO DE LAS

SONDAS GENÓMICAS

Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017

• Las decisiones de selección genética representan una gran oportunidad

para mejorar la rentabilidad de la empresa lechera

• Los cambios logrados através de la selección genética son:

Económico

Phenotypic Trend

Genetic Trend

Seleccion Genetica de Ganado Lechero

Acumulativo Permanente


– Producción (rendimientos de

lactancia 305-d)

• La producción de leche

• Rendimiento y porcentaje de

proteínas

• Rendimiento y porcentaje de

grasa

– Fertilidad

• Tasa de preñez de la hija

• Tasa de concepción de la novilla

• Tasa de concepción de la vaca

• Tasa de concepción del padre

Programas de Mejoramiento Genético para

Ganado Lechero

– Aptitud

• Salud

– Puntuación de células somáticas y

compuesto de ubre

• Capacidad de parir

– La facilidad de parir (directa y

materna) y la tasa de muerte fetal

(directa y materna)

• Longevidad

– Vida productiva y vida (pérdida de

la muerte)

– Tipo

• Los toros y vacas lecheras son evaluados genéticamente por varios

rasgos:


Programas de Mejoramiento Genético para

Ganado Lechero

• Resúmenes de toros

– Hay al menos tres conceptos clave que aparecen en los

resúmenes de los padres que debemos considerar para

tomar las decisiones apropiadas de selección de los hijos

– Habilidad de transmisión pronosticada (PTA, una medida

del mérito genético del toro)

– Nivel de confianza (REL, %R, una medida del grado de

confianza en la PTA del toro)

– Rango percentil (una medida del rango del toro dentro de

la población evaluada)


• La promesa de la información de ADN: el uso de la información de

ADN conduciría a una mejora genética más rápida

• Selección Genómica: Genome-Wide Marker-Assisted Selection

– Todos los marcadores pueden estar vinculados a genes que afectan el rasgo de

interés

– Estima los efectos del marcador en lugar de probar su significado

– MAS tradicional se centra en pocos genes utilizando un pequeño número de

marcadores

– Genome-Wide MAS (selección genómica) utiliza marcadores que abarcan todo

el genoma

• Tres grandes desarrollos:

1. Identificación de miles de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP)

2. Desarrollo de tecnologías de genotipado SNP-chip (genotipificación de miles de

marcadores SNP de una manera rentable)

3. Desarrollo de métodos estadísticos adecuados (datos de gran dimensión)

Selección Genómica: La Promesa Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017

Reference Population Estimated SNP effects

calf with genotype data

.. 1002201021200110212021021 ..

GEBV

PHENOTYPES + GENOTYPES

𝒚 = 𝜇 + 𝑋𝟏𝑖 ∙ 𝛽𝟏 + 𝑋𝟐𝑖 ∙ 𝛽𝟐 + ⋯ + 𝑋𝟔𝟎𝟎𝟎𝟎𝑖 ∙ 𝛽𝟔𝟎𝟎𝟎𝟎 + 𝑒𝑖

Valor genético estimado genómico

(Nivel de confianza)

Selección Genómica: Cómo Funciona Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017

𝒓𝑨𝑪 Precisión de la selección

𝒊 Intesidad de selección

𝑳 Intervalo entre generación

𝚫𝑮 Ganancia Genética Anual

• Objetivo final: maximizar el mejoramiento genético por unidad de tiempo

Δ𝐺 =𝑖 ∙ 𝑟𝐴𝐶 ∙ 𝜎𝐴

𝐿

Selección Genómica: Los Beneficios Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017

• Precisión de la selección (𝒓𝑨𝑪)

– Punto clave: estimar con la mayor exactitud posible el mérito genético de

una novilla joven

• SIN información genómica:

– Las decisiones de selección (desecho de la genética) se basan en el

promedio de los padres

– 𝑹𝑬𝑳 oscila entre 0 y 0,40 (ganado lechero)

• CON información genómica:

– Las decisiones de selección (desecho de la genética) se basan en el

mérito genético predicho genómicamente

– 𝑹𝑬𝑳 oscila entre 0,65 y 0,85 (ganado lechero)


𝐿

Selección Genómica: Los Beneficios Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017

• Intensidad de selección (𝒊)

• Proporción de animales seleccionados vs. genotipados

• La prueba de progenie es mucho más lenta y costosa

Las pruebas genómicas proporcionan la

oportunidad de examinar miles de

animales potencialmente elitistas


𝐿

Selección Genómica: Los Beneficios

𝑝 =𝑛𝑜. 𝑎𝑛𝑖𝑚𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑒𝑙𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜𝑠

𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒏𝒐. 𝒂𝒏𝒊𝒎𝒂𝒍𝒆𝒔 𝒈𝒆𝒏𝒐𝒕𝒊𝒑𝒂𝒅𝒐𝒔



𝐿 • Intervalo de generación (𝑳)

Intervalo de Generación con Pruebas de Progenie

Selección Genómica: Los Beneficios

Schefers & Weigel (2012) Anim. Front. Intervalo de Generación mediante Pruebas Genómicas


626 toros activos de Holstein con la prueba en los EUA (agosto de 2010)

Selección para el Rendimiento de la Leche y la

Fertilidad de la Hija

24

days

Santos et al. (2010) Soc. Reprod. Fertil. Suppl. 67:387-403


382 toros activos de Holstein con las 3 pruebas en los EUA (agosto de 2010)

Podemos Seleccionar para Rentabilidad Neta Teorica

(Net Merit) Alta y Fertilidad de Toros y Hijas

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

-500 0 500 1000

Daughte

r pre

gnancy r

ate

(D

PR

, %

)

Net Merit ($)

● Low sire conception rate bulls

High sire conception rate bulls

- 5. 0

- 4. 0

- 3. 0

- 2. 0

- 1. 0

0. 0

1. 0

2. 0

3. 0

4. 0

- 500 0 500 1000

Santos et al. (2010) Soc. Reprod. Fertil. Suppl. 67:387-403


Rentabilidad Neta Teorica como estimativa de la

Rentabilidad de la Vida Util

VanRaden and Cole (2014),

Animal Genomics and Impr

ovement Laboratory, USDA


Asociación entre los valores de GPTA para

DPR y HCR y Características de Estrus y

Fertilidad de Novillas de Holstein


Tasa de Prenez de la Hija y Tasa de Concepción de la

Novilla y de la Vaca

• Tasa de preñez de la hija

– DPR = Número de vacas que conciben x 21 d

Número de vacas elegibles

• DPR = 1 implica que las hijas de este toro son 1% más probabilidades de

quedar preñadas durante un período de 21 días que las hijas de un toro

con DPR = 0

• Heredabilidad = 0,014 a 0,04

• Tasa de concepción de la novilla

– HCR = Número de novillas que conciben

Número de novillas servicio

• HCR = 1 implica que las hijas de este toro son 1% más probabilidades de

quedar preñadas que en un servicio, entonces hijas de un toro con HCR = 0

• Heredabilidad = 0,01


Asociación entre los valores de GPTA para DPR y HCR y Características de Estrus y Fertilidad de Novillas de Holstein

• Hipótesis

– GPTA para DPR y HCR están asociados con las características del estro

y la preñez

• Objetivos

• Determinar la asociación de los valores de GPTA para DPR y

HCR con las características del estro y la preñez en novillas

lecheras

– Intervalo al primer estro

– Duración del celo

– Intervalo desde el inicio del estro hasta el pico de actividad

– Pico de actividad

– Rumination nadir

– Índice de celo


Herramientas para la Detección de Estro

• Métodos subjetivos dependientes de la interpretación humana

• Los sistemas automatizados de detección de celo eliminan el error

humano y producen resultados consistentes


Material y Métodos

• 1,020 novillas vírgenes matriculadas de marzo a diciembre de 2016 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017

AR collar

<-21 0 14

Post-synchronization

PGF2α

Repro starts

Pre-Synchronization

PGF2α

Heifers not bred

AR collar

removed

Material y Métodos

28 d after 1st

or 2nd service Age > 372 days

BW > 750 lb*

• Diseño del estudio

– Longitud e intensidad del estro antes y después de la sincronización

– Precisión de la detección de celo basada en el dispositivo de montaje

(Kamar)

– Respuestas ováricas y endocrinas (ovulación, tamaño del folículo

ovulatorio, concentraciones de E2, P4, ISG-15 y PSPB)


Gráficos generados por el Sistema de Monitoreo


Representación del Momento de Inicio, Pico y Fin del Estro


Distribución de GPTA para DPR y HCR de Novillas

Matriculadas

USDA 2016: American sires BV average 2014 = 1.62 USDA 2016 : American sires BV average 2015 = 1.74

1.66 ± 1.30 1.34 ± 1.11


Análisis de Supervivencia del Intervalo entre el

Tratamiento con PGF2α y el Inicio del Estro

Test of Equality Wilcoxon : P < 0.001

Interval between PGF2α and onset of Estrus, h

Heifers

not

in E

str

us, x100%

Effect of GPTADPR – P = 0.05

GPTADPR<1.62 = 83.4 ± 4.1h

GPTADPR>1.62 = 71.9 ± 3.3 h


10

12

14

16

18

20

22

Dura

tion o

f E

str

us,

h

GPTA DPR

GPTAHCR -2 GPTAHCR 1.75 GPTAHCR 5.5

Duración esperada del estro según GPTA para DPR y

HCR

DPR ~ 32% de aumento en la duración del estro (~ 4.2 h)

HCR ~ 37% disminución en la duración del estro (~ 4,8 h)

Effect of:

GPTADPR – P < 0.01

GPTAHCR – P < 0.01


Asociación entre GPTA para DPR y HCR y

Prenez/Pérdida de Prenez

0

10

20

30

40

50

60

PTADPRQ PTAHCRQ

Pe

rce

nta

ge

of H

eife

rs P

reg

at 3

8

First S

erv

ice

Q1 Q2 Q3 Q4

0

10

20

30

40

50

60

Preg. 38 d Preg. 75 d Preg. loss

Q1Q1

Q4Q4

Effect of:

GPTADPR – P = 0.01


Respuestas Fisiológicas de Novillas Lecheras con Alta

y Baja GPTA para DPR y HCR

DPR = 0.93 + 0.54 HCR

r2 = 21.8%

HH HL

LL LH

HH = 29 HL = 25

LL = 30 LH = 22

• Los objetivos fueron evaluar el crecimiento folicular, el tamaño del

folículo ovulatorio y la concentración de estradiol durante el proestro, y

las concentraciones de progesterona, ISG-15 y PSPB durante el diestrus


Asociación entre el GPA para DPR y HCR y la

ocurrencia de Estro y Ovulación

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Estrus Ovulation

Heifers

, %

HH

HL

LH

LL

GPTA Class - P = 0.02 GPTA Class - P = 0.11


Conclusions

• Estrus características basadas en AR están potencialmente

asociados con GPTA valores de DPR y HCR

– Es necesario investigar más a fondo para explicar la asociación

exacta

• Resultados de E2 y P4 mejorará la comprensión de las

diferencias de ovulacion entre las clases de GPTA

• La selección reproductiva basada únicamente en el HCR

debe ser cuidadosamente evaluada hasta que la asociación

con la expresión del celo no sea totalmente abordada


• La selección genómica ha transformado la cría de ganado lechero en todo

el mundo

• La selección genómica se aplica extensivamente en tres de las cuatro vías

de selección:

Selección de padres de toros

Selección de madres de toros

Selección de padres de vacas

Selección de madres de vacas

• Selección de animales de elite

• Padres de la próxima generación de toros

• Toros usados en granjas comerciales

Estrategias para la Selección Genómica de Ganado

Lechero Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017

• Selección del padre

– Toros jóvenes probados genómicamente, sin prueba de progenie

– El número de toros probados genómicamente en el mercado es 3

veces mayor que el número de toros probados en la progenie

79%

21%

Progeny-tested

Bulls (A)

Genomic-tested Bulls (G)

Holstein

(n=2741)

75%

25% Progeny-tested

Bulls (A)

Genomic-tested Bulls (G)

Jersey

(n=534)



• Selección del padre

– Los toros jóvenes probados genómicamente tienen, en promedio, mayores

méritos genéticos predichos, pero tienen menor nivel de confianza

91% 75% 87% 68% Nivel de confianza


Lechero

No. genomic-tested bulls REL (average) genetic merit

1 70

3 90

6 95

12 98

• La mejor estrategia es utilizar un grupo de

toros jóvenes probados genómicamente:

𝐺𝑟𝑜𝑢𝑝 𝑅𝐸𝐿 = 1 −(1 − 𝐼𝑛𝑑. 𝑟𝑒𝑙)

𝑆𝑖𝑟𝑒𝑠


• Selección de novillas

– Históricamente, la baja selección de intensidad y precisión de selección de las

madres ha producido un efecto insignificante de la selección de la madre en la

ganancia genética

– Potencial de impacto en una gran población de animales en fincas comerciales

• Beneficios potenciales de la selección genómica de las

novillas/vacas cuando:

– Mejoras en el manejo del hato

– ↑ eficiencia reproductiva y ↓ tasas de sacrificio involuntario

– Uso de semen sexado

– Excedente de novillas: la selección genómica de animales de reemplazo

puede ser factible, dependiendo de la estrategia para usar la información



• Dos principales estrategias de genotipificación:

– Genotipado completo

– Genotipado selectivo

• Genotipificación sólo de las novillas (top 30%) cuando las mejores novillas

necesitan ser identificadas

Los donantes en programas de IVF o ET

Uso de semen sexado

• Genotipificación de las vaquillas (bottom 30%) cuando las peores novillas deben

ser identificadas

Eliminación temprana

Uso de semen de ganado de carne



• El caso de North Florida Holstein, que ha estado implementando

un intenso programa de selección que combina:

– Selección genómica para novillas de reemplazo

– Tecnologías avanzadas de reproducción para propagar rápidamente a las

mejores hembras

• Estrategia para implementar pruebas genómicas y optimizar el

uso de la información:

– Genotipado completo

– El uso intenso de los programas de FIV y ET en las novillas (10 a 20%) de

la parte superior



Productive Life

NFH 0.6

mo/yr

US 0.2 mo/yr

La aplicación de la Selección Genómica Intensiva

aumenta la Ganancia Genética

Peñagaricano et al. (2016)


Daughter Pregnancy Rate

NFH 0.2 %/yr

US 0.07 %/yr





NFH 61 $/yr

US 35 $/yr

Lifetime Net Merit

$ 231





El Uso Estrategico del Teste Genomico:

Consequencias Economicas

• Estudio de simulación para determinar la mejor estrategia de

selección genética

– Rebaños de 1.000 vacas lactantes

– PTA para LNM$ = $ 45 ± 198

– Tendencia genética para LNM $ = $28/año

– Selección de animales según PA, PTA y

GPTA

– Alternativas consideradas:

• Genotipificación 100%, top 50%, medio 50%, inferior 50% (después de

PA, PTA)

– Los resultados representan ganancias esperadas dentro de una

sola población

• No es un estudio multigeneracional

[PERCENTAGE]

22%

19%

14%

9%

6%

[PERCENTAGE]

[PERCENTAGE] < 12 mo

12-24 mo

1st lact

2nd lact

3rd lact

4th lact

5th lact

6th lact

Weigel et al. JDS 95 :2215–2225



Consequencias Economicas

• Nivel de confianza esperada para un rasgo específico de acuerdo con la

información disponible de la pedigrí y el grupo de animales

• Promedio de error de identificación en los rebaños lecheros de Estados

Unidos = 15%

• Los números entre paréntesis representan una reducción de la fiabilidad del

10% para reflejar una identificación errónea

Weigel et al. JDS 95 :2215–2225



Consequencias Economicas • Ganancia en mérito neto con genotipificación de diferentes proporciones

de novillas y mantenimiento de 10 a 90% de vaquillas para futuras

sustituciones

• La ganancia máxima se obtendría cuando:

– No existe información de padre/pedigrí

– Existe la oportunidad de eliminar la genética de las vaquillas (utilizar una

pequeña fracción de novillas como reserva genética para el rebaño lactante)

Heifers with no pedigree Heifers with known sire Heifers with full pedigree


El Numero Óptimo de Novillas a serem Criadas

para Reemplacamiento de Vacas

• Estudio de simulación para determinar la mejor estrategia para la cría

de novillas en los Países Bajos

– Rebanos = 100 vacas en lactación

– Rendimiento anual de leche = 8,335 kg, 4,38% de grasa y 3,54% de

proteína

– Promedio anual de la tasa de sacrificio = 25%

– Incluido en el cálculo: costo de la crianza (ajustado por edad), valor de las

novillas (2 semanas de edad y valor de mercado), valor de los costos

reproductivos (semen, medicamentos), costos de desecho, ranuras vazios

• Si las novillas de repuesto no estaban disponibles, las ranuras se mantuvieron

vacías

• Si hay demasiadas novillas de repuesto disponibles, se vendieron novillas

Mohd Nor et al., JDS 98:861-871




• “Biological” inputs





• Economic inputs





• Según la simulación:

– Retención ideal de reemplazos aproximadamente el 73%

– Reducción de la retención = ↑ probabilidad de cubiculo vacíos

– Retención de todas las vaquillas = ↑ 6,5% (€ 2.663) el coste neto de la cría

0

2

4

6

8

10

70 80 90 100

Pro

babili

ty o

f em

pty

slo

t

Percentage of heifers retained



• La selección genómica ofrece ventajas significativas sobre las

estrategias tradicionales de selección genética:

– Predicciones genómicas tempranas se pueden utilizar eficazmente como

predictores de rendimiento futuro

– Selección genómica + las tecnologías reproductivas permite lograr

ganancias genéticas notables

– Beneficios adicionales: verificación de la paternidad, control de la

consanguinidad, seguimiento de los trastornos genéticos

– Selección de novillas utilizando índices de selección económica

• Se deben considerar varios factores importantes antes de implementar

pruebas genómicas agresivas:

– Estudios de simulación han demostrado que las pruebas genómicas son

una estrategia rentable

– Costo del genotipado, estrategia de reemplazo, estrategia de genotipado y

tecnologías reproductivas

Conclusiones y Consecuencias Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017 Simposium Novillas Zoetis. ANEMBE 2017

Gracias!!!

Ricardo C. Chebel

Department of Large Animal Clinical Sciences

Department of Animal Sciences

College of Veterinary Medicine

University of Florida

[email protected]

www.humangenomeprojectinfo.com


mailto:[email protected]

el uso prÁctico de las - zoetis...programas de mejoramiento genético para ganado lechero •...

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