ABSTRACT
Abstract Developing countries have the challenge of achieving food security in a world context that is affected by climate change and global population growth. Molecular Genetics and genomics are proposed as technologies that will help to achieve sustainable food security. Technologies that have been developed in the last decade such as the development of genetic markers, genetic maps, genomic selection, next-generation sequencing, and DNA editing systems are discussed. Examples of some discoveries and achievements are provided.
Resumen Los países en vías de desarrollo tienen el reto de alcanzar seguridad alimentaria en un contexto mundial afectado por el cambio climático y crecimiento poblacional global. La genética molecular y la genómica son propuestas como tecnologías que ayudarán a alzanzar una seguridad alimentaria sostenible. Tecnologías que han sido desarrolladas en la última década como el desarrollo de marcadores moleculares, mapeo genético, selección genómica, secuenciamiento de próxima generación y sistemas de edición de ADN son discutidos. Se proveen ejemplos de algunos descubrimientos y logros.
ABSTRACT
El estudio de la base genética de los trastornos neuropsiquiátricos se inició en Costa Rica hace más de 25 años. En este tiempo se han realizado investigaciones enfocadas en diferentes trastornos: esquizofrenia, trastorno bipolar, demencia de Alzheimer, trastorno obsesivo compulsivo, trastorno obsesivo compulsivo, trastorno por déficit de atención y síndrome de Tourette. Los estudios realizados han tenido una amplia variación en lo que se refiere a diseño (ligamiento/asociación), muestra utilizada (familias/parejas de hermanos afectados/tríos), cobertura genómica (estudios con genes candidatos/tamizajes de todo el genoma) y definición del fenotipo (categoría diagnóstica/clasificación sindrómica/endofenotipo). Presentamos un resumen de los principales hallazgos genómicos obtenidos en estos estudios multidisciplinarios y discutimos la importancia, lecciones y retos de la investigación genética en trastornos psiquiátricos complejos.
In Costa Rica, the study of the genetic basis of neuropsychiatric disorders started more than 25 years ago. During this time, different research efforts have focused on several disorders: schizophrenia, bipolar disorder, Alzheimer's disease, obsessive-compulsive disorder, attention deficit/hyperactivity disorder, and Tourette syndrome. The studies have had a wide scope regarding design (linkage/association), sample used (families/sib pairs/trios), genome coverage (candidate gene studies/genome-wide scans), and phenotype definition (diagnostic category/syndromic classification/endophenotype). Here we present a summary of the main genomic findings of these multidisciplinary studies, and discuss the importance, lessons, and challenges of genetic research of complex psychiatric disorders.
ABSTRACT
Abstract Background: Holstein cattle have undergone strong selection processes in the world. These selection signatures can be recognized and utilized to identify regions of the genome that are important for milk yield. Objective: To identify recent selection signatures in Holstein from the Province of Antioquia (Colombia), using the integrated haplotype score (iHS) methodology. Methods: Blood or semen was extracted from 150 animals with a commercial kit. The animals were genotyped with the BovineLD chip (6909 SNPs). The editing process was carried out while preserving the loci whose minor allele frequency (MAF) was greater than 0.05. In addition, genotypes with Mendelian errors were discarded using R and PLINK v1.07 software programs. Furthermore, the extended haplotype homozygosity (EHH), iHS and the p-value were determined with the "rehh" package of R language. Results: The minor allele frequencies showed a tendency toward intermediate frequency alleles. In total, 144 focal markers were significant (p<0.001) for selection signatures. Some chromosomes showed a greater number of signatures than others. Many of the variants were found inside genes, although they were in intronic regions. Some important regions were associated with genes TRAPPC12, PANK3, ZNF16, OPLA and DPYSL4, which are related with cellular transport, excretion or metabolism. Conclusion: Identifying signatures of selection using the iHS method made it possible to determine some important regions for selection in Holstein cattle in the high tropics, some of which had been previously reported to be associated with quantitative traits loci (QTLs).
Resumen Antecedentes: El ganado Holstein ha sido sometido a procesos fuertes de selección en el mundo. Estas señales de selección pueden ser reconocidas y utilizadas para identificar regiones del genoma importantes para la producción de leche. Objetivo: Identificar señales de selección recientes en ganado Holstein de la Provincia de Antioquia (Colombia), mediante la metodología de puntaje haplotípico integrado (iHS). Métodos: A 150 animales se les extrajo DNA de sangre o semen mediante un kit comercial y posteriormente se genotiparon los animales con el chip BovineLD (6909 SNPs). Se realizó edición conservando los loci con frecuencia del alelo menor (MAF) superior a 0,05. Además, se descartaron los genotipos con errores mendelianos, usando el software R y PLINK v1.07. La determinación de la homocigosidad haplotípica extendida (EHH), iHS y el valor p se realizó utilizando el paquete "rehh" de R. Resultados: Las frecuencias del alelo menor mostraron una tendencia hacia alelos de frecuencias intermedias. En total, 144 marcadores focales fueron significativos (p<0,001) para las señales de selección. Algunos cromosomas presentaron mayor número de señales de selección que otros. Muchas de las variantes focales se encontraron al interior de genes, aunque comúnmente en regiones intrónicas. Algunas de las regiones importantes estuvieron asociadas con genes como TRAPPC12, PANK3, ZNF16, OPLA y DPYSL4 que en general se encuentran asociados con funciones relacionadas con el transporte, excreción o metabolismo celular. Conclusión: La identificación de señales de selección usando el método iHS permitió determinar algunas regiones importantes para la selección en ganado Holstein del trópico alto, algunas de las cuales han sido previamente reportadas por su asociación a loci de características cuantitativas (QTLs).
Resumo Antecedentes: O gado holandês tem sido objeto de processos de seleção fortes no mundo. Estes sinais de seleção podem ser reconhecidos e utilizados para identificar regiões do genoma importantes para a produção de leite. Objetivo: Identificar sinais de seleção recente em gado Holandês de la Província de Antioquia (Colômbia), através da metodologia de pontuação haplotípica integrada (iHS). Métodos: Foram usados 150 animais para a extração de DNA a partir de sangre ou sêmen usando kit comercial, os animais foram posteriormente genotipados com o chip BovineLD (6909 SNPs). A edição foi feita mantendo os loci com frequência do alelo menor (MAF) de 0,05; além disso, genótipos com erros mendelianos foram descartados usando o programa R e PLINK v1.07. A determinação da homozigosidade haplotípica estendida (EHH), iHS e valor p foi realizada utilizando o pacote estatístico R "reeh". Resultados: As frequências do alelo menor mostraram uma tendência inclinada a frequências intermédias. No total, 144 marcadores focais foram significativos (p<0,001) para os sinais de seleção. Alguns cromossomos apresentaram mais numero de sinais de seleção que outros. Muitas dos variantes focais foram encontradas dentro dos genes, embora comumente em regiões intrônicas. Algumas das regiões importantes foram associadas com genes como TRAPPC12, PANK3, ZNF16, OPLA e DPYSL4 que geralmente estão associadas a funções relacionadas com o transporte, a excreção ou metabolismo celular. Conclusão: A identificação de sinais de seleção usando o método iHS permitiu determinar algumas regiões importantes para a seleção no gado holandês do tropico alto, algumas destas regiões foram previamente relatados por sua associação com loci de características quantitativas (QTLs).
ABSTRACT
ResumenLas canalopatías abarcan una serie síndromes arrítmicos caracterizados por una presentación inicial de muerte súbita o síncope, en personas en su mayoría jóvenes y conocidas sanas, que poseen una autopsia normal. Éstas se deben a mutaciones en los genes que codifican para canales iónicos de los miocitos cardíacos, así como las proteínas asociadas a si funcionamiento o traducción. Dada su asociación hereditaria, los familiares podrían tener un riesgo aumentado de presentar el trastorno pese a estar asintomáticas. Allí radica la importancia del mapeo genético en aquellas autopsias en las que no se ha identificado la causa de muerte. La autopsia molecular permite buscar e identificar estas mutaciones y correlacionar la muerte súbita con una canalopatía. Lo cual resulta esencial para la evaluación del riesgo y la prevención de otro episodio de muerte súbita cardíaca en familiares portadores.En este artículo se exponen las canalopatías más importantes asociadas a muerte súbita, y el impacto del mapeo genético en la prevención y manejo en familiares portadores.
AbstractChannelopathies include a series of syndromes characteristic of an initial presentation of sudden death or syncope, in persons mostly young and known healthy, who have a normal autopsy. These are due to mutations in the genes encoding ionic channels of cardiac myocytes, as well as the proteins associated with whether functioning or translation. Because of their hereditary association, relatives may be at increased risk of developing the disorder despite being asymptomatic. There lies the importance of genetic mapping in those autopsies in which the cause of death has not been identified. Molecular autopsy allows searching and identifying these mutations and correlating sudden death with a channelopathy. This is essential for the evaluation of risk and prevention of another episode of sudden cardiac death in family members. This article discusses the most important channelopathies associated with sudden death, and the impact of genetic mapping on prevention and management in family members.
Subject(s)
Humans , Autopsy , Chromosome Mapping , Death, Sudden, Cardiac , Tachycardia, Ventricular , Death, Sudden , Brugada Syndrome , Channelopathies , Forensic MedicineABSTRACT
La yuca (Manihot esculenta) es el cuarto cultivo en importancia a nivel mundial como fuente de calorías para la población humana después del arroz, el azúcar y el maíz, posicionándose por esta razón como un cultivo primordial para la seguridad alimentaria. Su arquitectura ha sido considerada como un factor clave que subyace a la fisiología del rendimiento, relacionando características morfológicas con productividad. En este trabajo se evaluaron diferentes características de arquitectura vegetal en yuca. Los caracteres fueron evaluados en una población F1 compuesta por 133 hermanos completos (familia K) sembrados en dos lugares biogeográficamente diferentes: La Vega (Cundinamarca) y Arauca (Arauca) en Colombia. Las características evaluadas relacionadas con la arquitectura vegetal fueron altura de la planta (AT), número de brotes (NB), longitud entrenudos (LE), número de raíces (NR), peso de raíces (PR), pigmentación del peciolo (PP), área de la hoja (AH) y tipo de hoja (TH). A partir de los datos obtenidos y empleando un mapa genético de alta densidad basado en SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) se llevó a cabo un análisis de QTLs (Quantitative Trait Loci). Se lograron identificar tres QTLs para La Vega asociados con los caracteres altura total, número de brotes y área de la hoja. Para Arauca se detectaron tres QTLs asociados con altura total, longitud de entrenudos y número de brotes. Los QTLs se distribuyeron en cuatro grupos de ligamiento y explicaron entre 18,93 y 41,92 % de la variación genética.
Cassava (Manihot esculenta) is the fourth most important crop worldwide as a source of calories for the human population after rice, sugar and corn and therefore it is considered as a staple crop. Cassava's architecture has been considered as a key factor underlying the physiology of yield, relating morphological traits with productivity. In this work different characteristics of plant architecture were evaluated in a cassava F1 population composed by 133 complete siblings (family K) planted in two biogeographically different zones: La Vega (Cundinamarca) and Arauca (Arauca) in Colombia. The characteristics evaluated related to the vegetal architecture were plant height (AT), number of shoots (NB), internodes length (LE), number of roots (NR), root weight (PR), petiole pigmentation (PP), leaf area (AH) and leaf type (TH). From the data obtained and using a SNP- (Single Nucleotide Polymorphism) high-density genetic map a QTLs analysis (Quantitative Trait Loci) was carried out. It was possible to identify three QTLs for La Vega associated with characters plant height, internodes length and leaf area. From the Arauca's dataset, three QTLs were detected associated with plant height, number of shoots and internodes length. The QTLs were distributed into four linkage groups and explained between 18.93 and 41.92 % of genetic variation.
ABSTRACT
Induced systemic resistance (ISR) is a mechanism by which plants enhance defenses against any stress condition. ISR and growth promotion are enhanced when tomato (Solanum lycopersicum) is inoculated with several strains of Trichoderma ssp. This study aims to genetically map tomato candidate genes involved in ISR and growth promotion induced by the Colombian native isolate Trichoderma koningiopsis Th003. Forty-nine candidate genes previously identified on tomato plants treated with Th003 and T. hamatum T382 strains were evaluated for polymorphisms and 16 of them were integrated on the highly saturated genetic linkage map named “TOMATO EXPEN 2000”. The location of six unigenes was similar to the location of resistance gene analogs (RGAs), defense related ESTs and resistance QTLs previously reported, suggesting new possible candidates for these quantitative trait loci (QTL) regions. The candidate gene-markers may be used for future ISR or growth promotion assisted selection in tomato.
La resistencia sistémica inducida (ISR) es un mecanismo mediante el cual las plantas aumentan sus defensas frente a cualquier condición de estrés. El objetivo de este trabajo fue localizar en el mapa genético de tomate, genes candidatos involucrados en ISR y promoción de crecimiento inducidos por la cepa colombiana nativa Th003 de Trichoderma koningiopsis. Se realizó una búsqueda de polimorfismos en cuarenta y nueve genes candidatos previamente identificados en plantas de tomate inoculadas con Th003 y la cepa T382 de T. hamatum. Diez y seis de estos genes candidatos fueron integrados en el mapa genético de tomate altamente saturado, llamado “TOMATO EXPEN 2000”. La ubicación de seis unigenes fue similar a la localización de genes análogos de resistencia (RGAs), ESTs relacionados con defensa y QTLs de resistencia previamente identificados, sugiriendo posibles nuevos candidatos para estas regiones de QTLs. Los genes candidatos o marcadores pueden ser usados en futuros programas de selección asistida relacionados con ISR o promoción de crecimiento en tomate.
ABSTRACT
La enfermedad arterial coronaria y la diabetes mellitus figuran entre las primeras causas de mortalidad y morbilidad en México. Factores genéticos juegan un papel fundamental en el desarrollo de estas entidades. A partir del reconocimiento y estudio de familias con formas monogénicas de diabetes y distintas dislipidemias asociadas al desarrollo de ateroesclerosis, se han identificado en los últimos años distintos genes y loci relacionados con estos padecimientos a través de estudios de mapeo genético. Estos estudios han evidenciado la heterogeneidad genética que existe en cuanto al tipo de genes involucrados en los distintos grupos étnicos. El estudio de familias mexicanas con diabetes de inicio temprano e hiperlipidemia familiar combinada mostró la participación de distintos loci génicos asociados a estas entidades en la población mexicana. Esto muestra la utilidad de las estrategias de mapeo para la identificación del componente genético de estas entidades en nuestra población.
Coronary artery disease and diabetes mellitus are among the primary mortality and morbidity causes in Mexico. Genetic factors play a fundamental role in the development of these entities. In the past few years due to the recognition and study of families with monogenic forms of diabetes and dislipidemias associated with development of atherosclerosis, several genes and loci have been associated with these conditions through genetic linkage studies. These studies have provided evidence of the genetic heterogeneity that exists and the type of genes involved in different ethnic groups. The study of Mexican families with early onset diabetes and combined familial hyperlipidemia showed the participation of different genetic loci associated with these conditions in the Mexican population. These findings show the value of gene mapping strategies in the identification of the genetic component in these entities in our population.