Aproximación al estudio genómico de la característica capacidad de retención de agua, en carne de ovejas de pelo colombianas

 Myriam Janeth Ortega Torres1, José Camilo Torres Romero2 & Julialba Ángel Osorio3

 1Licenciada en Biología. Magister en Producción Animal- Genética Molecular Animal. Estudiante Doctorado en Producción Animal. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá. Colombia. 2Licenciado en Biología, Magister en Ciencias – Bioquímica, Doctor en Bioquímica. 3Medica Veterinaria Zootecnista, Especialista en Educación, Cultura y Política, Magister of Arts in Higher Education. Magister en Ciencias Agrarias.

 1, 2, 3Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente –ECAPMA. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Bogotá. Colombia.

 1myriam.ortega@unad.edu.co, 2jose.torres@unad.edu.co, 3julialba.angel@unad.edu.co

 

Introducción

La oveja domesticada pertenece a la especie Ovis aries, la cual se cree es originaria del oeste de Asia, fue domesticada antes del mismo surgimiento de la agricultura, aproximadamente 11 mil años atrás (Colledge et al., 2005; Zeder, 2008). Los primeros huesos encontrados de esta especie, datan de cerca de 8000 – 7000 años A.C., y estos fueron ubicados cerca de Jericó (Lawrie, 2006). Cuatro principales tipos de ovejas han dado origen a la diversidad de razas actuales; el muflón en Europa e Irak, el Urial en el oeste de Asia y Afghanistan, la Argali en Asia central y la Big Horn en el norte de Asia y América del Norte (Lawrie, 2006). Actualmente se cuenta con cerca de 418 razas diferentes, que desde épocas remotas han sido utilizadas para la producción especializada de fibra, carne y leche; dentro de una gama amplia de sistemas de producción (Rasai et al., 2006). 

Los ovinos colombianos, fueron introducidos por los conquistadores al continente americano a través de la costa Caribe, muy probablemente por La Guajira, departamento que según censo realizado por el Instituto Colombiano Agropecuario ICA, contaba para el año 2012, con cerca del 80% del total del inventario ovino nacional colombiano. Las razas Churra y Manchega, ovinos productores de lana burda y poca producción de carne, fueron los primeros traídos al continente y de sus cruces indiscriminados se originó la denominada raza criolla colombiana o raza “nativa” (Pastrana, 1996). En épocas posteriores, y con la llegada de la esclavitud, ingresaron al continente los ovinos de pelo desde la costa occidental de África, los cuales se ubicaron en las zonas bajas del país siendo conocidos como ovinos africanos o camuros (Pastrana, 1996). 

Los criollos de pelo colombiano, se establecen en tres grupos; Sudán, Etíope y Abisinio, con marcadas diferencias fenotípicas, pero básicamente es el color de pelaje y tamaño su distintivo principal. Sudán, de pelo castaño claro; Etíope, de pelo oscuro y Abisinio, la cual fue traída al país hacia 1940 procedentes de Abisinia, lo que hoy es Etiopia (Arcos, 2002). 

Algunos estudios sobre la cadena productiva ovina están relacionados con la calidad de carne; las principales investigaciones se centran en fines de producción y comercialización de carne madurada, para procesamiento y subproductos (Conde, 2003; Domínguez, 2005; Rueda & Ramírez, 1998; Rodríguez 1999; Sánchez 2011). En el caso de los ovinos y caprinos, la cadena involucra la cría de reproductores y vientres de reemplazo, para mantener una población de ceba y sacrificio (Molina et al., 2016), realizado básicamente por campesinos en regiones apartadas. Además de la carne en canal, también se comercializan las vísceras, pieles, cabeza y patas; que pasan por procesos industriales para la elaboración de artesanías y de abono.

La genética actual, cuenta con herramientas poderosas para el estudio de los genomas y genes para características de producción (Molina, 2016). La secuenciación masiva de genomas completos de especies domésticas, la utilización de polimorfismos de diversos tipos, que permiten reconocer QTLs, loci de características de producción, permiten que el mejoramiento genético en la actualidad utilice de forma rápida y eficiente, información genómica con la que no se contaba en tiempos pasados y así comiencen a ser rutinarios estudios de genomas completos y caracterización de expresión de genes de razas específicas.

Los SNPs constituyen polimorfismos de nucleótidos simples, que se encuentran en gran cantidad dentro del genoma de todas las especies. La posibilidad de una rápida y económica secuenciación del genoma completo, ha permitido la utilización de los mismos para evaluar la asociación entre diferentes características y conocer el efecto de estas mutaciones dentro de genes o secuencias genéticas que puedan estar involucradas en la determinación de características organolépticas deseables para la comercialización del producto cárnico, entre estos, la capacidad de retención de agua (Sánchez & Hernández-Pulido, 2016). 

La capacidad de retención de agua

Una de las características organolépticas principales de la carne es su jugosidad, la cual está relacionada con la capacidad de retención de su propia agua. En el músculo, el agua se encuentra en un 70% en las proteínas miofibrilares, un 20% en las sarcoplásmaticas y en un 10% en el tejido conectivo (Hamm, 1960). En general, se conoce que una considerable cantidad de agua interactúa con la muy bien organizada estructura proteica de la carne, las miofibrillas y demás subestructuras asociadas (Huff-Lonergan & Lonergan 2005; Offer & Cousins 1992; Offer & Knight 1988). 

La capacidad de retención de agua CRA, es un parámetro físico-químico (Lawrie, 2006; Hamm, 1960), que se define como la capacidad que tiene la carne para retener su humedad, a pesar de las presiones externas que le sean aplicadas, como gravedad, calor, centrifugación o presión (Honikel & Hamm, 1994; Honikel, 1998). Una de las razones naturales de pérdida de agua en el músculo post mortém es la pérdida de agua por goteo debida a la gravedad (Honikel  & Hamm, 1994; Honikel, 1998). 

Durante el proceso de maduración de la carne, se dan importantes cambios físicos y químicos que alteran la movilidad del agua dentro del músculo. Algunos de ellos son cambios en el pH y la activación de sistemas de proteasas. Durante el movimiento normal de músculo, el sarcómero se acorta en fracción de segundos, en este tiempo el espacio miofibrilar se reduce y parte del agua de sus fibras comienza a trasladarse al espacio sarcoplasmatico, lo cual es un proceso irreversible (Kristensen & Purslow, 2001). 

Cambios post mortem en la capacidad de retención de agua

Con la muerte del animal, la falta de flujo sanguíneo en los tejidos, propicia la suspensión del flujo de oxígeno y la detención del recambio metabólico. Sin embargo, las células conservan una concentración entre 0.7% y 1.0% de su peso en glicógeno, que puede producir de manera anaeróbica ATP y como producto final ácido láctico; este proceso metabólico deriva en la caída del pH, pasando de valores normales, 7.0,  a valores entre 5.3 o 5.8, dependiendo del tipo de músculo y del animal; con la caída del pH las proteínas miofibrilares se aproximan a su punto isoeléctrico IP de 5.3 (Sánchez, 1997) y bajo la forma anión (-) y catión (+) los aminoácidos de las mismas tienden a retener más agua, mientras que bajo la forma zwitterión, equilibrio de cargas, la retención es mínima (Sánchez, 1997). 

Por lo tanto, una caída acelerada del pH y su bajo valor final están relacionados con una baja CRA y elevada pérdida de agua. La rápida caída de pH mientras los músculos están aún calientes, causa otro tipo de desnaturalización proteica (no generada por la lisis de proteínas estructurales) que produce la pérdida de funcionalidad y habilidad para mantener el agua en muchas proteínas (Huff-Lonergan & Lonergan, 2005). Esta es la condición que se presenta en las carnes Pálidas Suaves y Exudativas PSE. 

El agua más fácil de extraer es el agua extracelular y de hecho es la que origina el llamado "drip loss" o "pérdida por goteo". Si se aplica una fuerza sobre el sistema, parte del agua inmovilizada se libera como agua perdida; mediciones de esta agua liberada son usadas como indicador de las propiedades de ligar el agua de las proteínas (Lawrie, 2006). 

Se postula que la proteólisis de proteínas tales como Desmina (Paulin D & Li, 2004), Vinculina y Talina pueden causar un incremento en la capacidad de retención de agua por la carne. Se ha propuesto también, que una mayor CRA obedece a la degradación proteolítica de proteínas citoesqueléticas, las cuales subsecuentemente permiten el hinchamiento de las miofibrillas, haciendo que la estructura de la carne retenga agua (Huff-Lonergan & Lonergan, 2005). 

Genética de la capacidad de retención de agua

Muchas de la característica organolépticas de la carne, son características complejas desde el punto de vista genético. Esta complejidad está dada, no solo porque la característica está asociada a varios genes y que éstos a su vez tengan una compleja interacción o epistasis que determina su expresión fenotípica, sino además, por diferentes factores tales como: modificadores específicos de genes, mecanismos epigenéticos, efectos estocásticos en la morfogénesis y la influencia del medio ambiente; todos en su conjunto pueden confluir para determinar un fenotipo determinado (Wolf, 1997). 

Muy frecuentemente es imposible encontrar un marcador genético que muestre una perfecta co-segregación con una característica compleja, de ahí la dificultad en el estudio de asociaciones y la necesidad de contar con familias completas y muchos individuos para su análisis. Las razones para ello, de acuerdo con Wolf (1997), pueden ser tan variadas como: la penetrancia incompleta, heterogeneidad genética, alta frecuencia de un alelo y otros factores de transmisión genética. 

Diferentes estudios pueden confirmar el aporte de la genética para la característica de capacidad de retención de agua, aunque no se cuenta con mediciones de la heredabilidad para esta característica en ovinos colombianos. Renard (1994), reporta valores para diferentes características físico químicas en diversas especies domésticas, en donde la CRA alcanza un rango de heredabilidad calculados entre un 15 y un 22%, dependiendo de la técnica utilizada para su medición. 

Los primeros estudios genéticos relacionados con calidad de la carne, identificaron genes en cerdos, que producen carnes pálidas, blandas y exudativas PBE; dos de los principales fueron el gen que produce sensibilidad al halotano e hipertermia maligna (Haln) y otro conocido para una condición denominada “carne acida”,  producida por una mutación en el RN; la diferencia en la capacidad de retención de agua entre los portadores del gen RN- está asociada con una mayor desnaturalización de la L-miosina y las proteínas del sarcoplasma, como consecuencia de la caída del pH post mortem (Le Roy et al., 2000, Deng et al., 2002). 

Hacia la década de los noventa Fujii et al. (1991) encontraron que una mutación puntual en el gen del receptor de la Rianodina tipo I -sustitución de timina por citosina en la posición 615 del gen- que cambia una arginina por una cisteína en la proteína y altera la liberación del calcio a través de los canales del receptor de la Rianodina, altera la contracción muscular, desencadenando hiperactividad del músculo, agotamiento de ATP y glucógeno, con el resultado final de paro cardiaco en el animal. 

Estudios más recientes realizados por Brunner et al. (2011) basados en análisis in silico de SNPs y secuenciación de última generación, muestran una serie de genes implicados en pérdida de agua por goteo: el gen BVES (sustancia epicardial de los vasos sanguíneos) implicado en el desarrollo de tejido muscular y esquelético; el gen slc3a2 -transportador de cadenas pesada de aminoácidos- juega un papel importante en la regulación de los niveles de calcio intracelular y el transporte de aminoácidos tipo L; el gen zdhhc5 -codifica para una proteína con cinco dominios en dedos de zinc- regulador importante de la transcripción; el gen para la proteína citrato sintetasa (CS) proteína involucrada en el metabolismo oxidativo (Landines & Zambrano, 2009); el gen mitocondrial para la coenzima Q9 (COQ9) involucrado en la síntesis de la coenzima Q; el gen para el receptor  del factor de crecimiento epidérmico EGFR, puede actuar como un antagonista del factor de crecimiento, activador de muchas cascadas de señalización que desencadenan apropiadas respuesta celulares. Estos genes fueron mapeados en regiones de QTLs previamente estudiadas para calidad de carne; específicamente los genes slc3a2 y CS revelaron asociación con al menos perdida de agua por goteo. 

Estudios de asociación para CRA y SNPs, muestran que existen varios SNPs dentro gen de la Calpaina, cuyos alelos CAPN1 3, 530 y 4751 tendrían mayor pérdida por cocción a los 10 días de maduración (Leal, 2013). De igual manera, se ha reportado una asociación significativa entre el SNP Cast 3 y el carácter de perdida de agua por cocción (Li et al., 2013). 

Estudios de asociación de genoma completo (GWAS)

Los estudios de asociación de genoma completo son definidos como estudios en los cuales una densa cantidad de marcadores genéticos, son colocados e identificados en un microarreglo específico, con los que se captura una proporción fundamental de las variaciones dentro de las secuencias de los genomas completos. Estos microarreglos son tipificados en un set de muestras de ADN, que son informativos para una característica de interés (McCarthy et al., 2008). El objetivo del análisis es mapear el efecto para la característica de interés a través de la detección de asociación entre la frecuencia genotípica y el estatus de la característica (McCarthy et al., 2008). 

El diseño básico de un GWAS es que una muestra de individuos tenga una medición y un registro para una característica de interés, y que estos sean caracterizados para el genoma completo, para un panel de marcadores; con el objetivo de detectar asociaciones estadísticamente significativas, entre la característica y cualquiera de los marcadores. El diseño de los parámetros incluye escoger el número de individuos y de marcadores apropiados, que permitan identificar la asociación (Goddard & Hayes 2012). 

Estudios de asociación de genoma completo en ovejas

Estudios de GWAS han sido posibles gracias a la generación de la secuencia del genoma completo de la oveja. La última secuencia ensamblada versión Oar_v3.1 (Jiang et al., 2014) ha permitido crear chips comerciales para SNPs, como el Ovine SNP50 BeadChip, desarrollado en conjunto entre la casa comercial Ilumina y el Consorcio Internacional para el secuenciamiento del genoma de oveja (ISGC). 

Pocos estudios de GWAS se reportan para ovejas, sin embargo, estos van en aumento. Un estudio desarrollado en China, en donde se utilizaron 329 ovejas de diferentes razas, y que buscó asociación con características de crecimiento y producción de carne, identificó cinco genes candidatos para las mismas (Zhang et al., 2013), MEF2B, RFXANK, CAMKMT, TRHDE yRIPK2 relacionados con la ganancia de peso al destete.

Para la raza española de producción de leche Churra, se encontró asociación con un QTL sobre el cromosoma 3, específicamente el LALBA mostró estar implicado en aumento de la producción de proteína lechera en esta raza (García-Gámez et al., 2012). De igual manera, estudios de asociación genómica reportan genes candidatos al control y a la susceptibilidad del lento virus en ovinos (White et al., 2012). Análisis de GWAS de la raza Finnsheep identificó una sustitución de nucleótido simple en el gen ASIP, asociado con la variación del color en blanco vs no blanco (Li, Tiirikka & Kantanen, 2013). Recientemente, fueron identificados dos SNPs asociados a una enfermedad de la córnea denominada entropión (Mousel et al. 2015); otro estudio con la raza Merino, permitió identificar asociación entre cinco características de producción de lana y 28 SNPs, del total de 50.000 analizados con el panel comercial de Ilumina (Wang et al, 2015). 

Conclusiones

La aproximación genómica al estudio de características de producción de especies domésticas, es una herramienta poderosa para identificar genes y marcadores determinantes de patologías específicas y genes que influyen de manera importante en características de producción; es con esto, que el mejoramiento animal en el futuro contará con las herramientas propicias para el conocimiento previo requerido en la formulación y ejecución de programas de selección y cruces, mediada por marcadores moleculares MAS. Esta posibilidad ha sido desarrollada gracias a técnicas de secuenciación de última generación y múltiples herramientas bioinformáticas para su análisis.

El estudio genómico de la capacidad de retención de agua en ovinos de pelo colombiano, permitirá conocer genes y marcadores genéticos, que se encuentren asociados o que sean responsables de la característica, aportando conocimiento de una especie promisoria de explotación en el país.

 

Literatura Citada 

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