La importancia de la epigenética en la producción animal: aumentando el potencial genético

Los programas de mejora genética en la producción animal tienen como objetivo aumentar tanto la productividad como la salud del ganado. En el caso del ganado lechero, se han logrado mejoras en rasgos de interés, como la producción de leche, proteína y grasa, así como en características de fertilidad, salud y bienestar, gracias a la selección genética. El valor genético de los animales de las razas Holstein y Jersey se ha incrementado en un 192% desde 2009. Y se ha doblado la eficiencia por kg de peso vivo de los animales.

La era genómica ha proporcionado nuevas herramientas, como la secuenciación completa del genoma, que han ayudado a impulsar el progreso genético, con los chips de genotipado como herramienta fundamental. Estas tecnologías permiten mejorar la precisión de los modelos y estimar el mérito genético de los animales jóvenes antes de que tengan descendencia, lo cual reduce el tiempo a la toma de decisiones al no necesitar esperar a los rendimientos de producción la progenie. Cuanta más información tengamos disponible, menos errores cometeremos al seleccionar los animales adecuados como padres de la próxima generación.

Por decirlo de otro modo, las marcas epigenéticas actúan como la vía de comunicación entre el ambiente en el que vive un individuo y sus genes. Estas marcas actúan como un interruptor capaz de encender o apagar el efecto de los genes. Aunque seleccionemos a un animal por poseer determinado genotipo que queremos reproducir en su descendencia, puede que no se obtenga el valor esperado debido a que estas marcas modifican el comportamiento de los genes. Estas marcas pueden aparecer o desaparecer tanto por influencia del propio animal (salud y bienestar) o por estresores externos como altas temperaturas o la nutrición. Algunas de estas marcas se modulan a lo largo de la vida del individuo y se pueden usar como indicadores para fenotipos de interés que podrían agregarse a los programas de selección o desarrollo de mejores prácticas de manejo.

Es importante destacar la diferencia entre la epigenética heredable y no heredable. La heredable es la predisposición genética del animal a tener zonas de su ADN donde es más probable que aparezcan marcas de metilación. Por otro lado, otras marcas de metilación son transitorias y están influenciadas por el ambiente en el que se encuentra el animal durante su vida, lo que puede modular temporalmente la expresión génica sin afectar a la información genética heredada.

La mayoría de marcas epigenéticas aparecen durante el desarrollo del embrión y están relacionadas con la diferenciación celular y desarrollo. Otras van surgiendo durante la vida adulta, y pueden aparecer como respuesta a estresores tanto internos como externos. Esto va a tener implicaciones en la salud, rendimiento y adaptación al entorno. Por lo tanto, es importante saber cómo las prácticas de selección, manejo y alimentación podrían afectarles y de qué manera la mejora genética puede afectar a la epigenética.

Imaginemos una granja de vacas lecheras durante una ola de calor que va a provocar un aumento de la temperatura muy por encima del rango de confort en los que los animales pueden desarrollar su máximo potencial productivo. Esta circunstancia puede actuar como un estresor externo para los animales, que modifique la epigenética del animal, y apague o encienda de forma no deseada algunos genes que afecten negativamente a los animales.

Es importante tener en cuenta que estos factores de estrés pueden afectar también a la epigenética de la ternera que está siendo gestada. Y también incluso a los ovocitos de esta ternera, que darán lugar a las nietas de la granja de nuestra explotación. De esta manera un mismo estresor estaría afectando a tres generaciones: madre, hija y nieta. Por esto, identificar las marcas epigenéticas y entender su efecto es importante para plantear mejores estrategias de manejo y selección, ya que la genética y epigenética es uno de los principales activos de futuro de las granjas, y determinarán parte de la rentabilidad de una explotación durante al menos tres generaciones de animales.

Las técnicas actuales para conocer las marcas epigenéticas de los animales son aún caras y laboriosas. Por ello, se están haciendo esfuerzos para el desarrollo de un chip de metilación que pueda usarse a gran escala igual de forma similar a los chips de genotipado. Estos chips ayudarán a conocer las marcas individuales de un gran número de animales y determinar cómo son modificadas por el ambiente, así como a cuantificar su efecto. En el marco del proyecto europeo H2020 RUMIGEN, el INIA-CSIC colabora en el desarrollo del “EpiChip”, un chip de epi-genotipado que incluirá marcadores para distintos rasgos relacionados con la producción y sanidad animal.

El enfoque se centra en características fundamentales para la productividad y sostenibilidad de las operaciones lecheras, como la fertilidad, la resistencia a la mastitis, el estrés por calor y el estrés metabólico. La implementación de esta nueva herramienta en las granjas complementaría los chips de genotipados tradicionales, permitiendo obtener tanto el genotipo como el epi-genotipo de cualquier animal con una sola muestra. Este “EpiChip” está enfocado hacia aspectos de salud del ganado, y complementaría la selección genómica a gran escala, integrando datos epigenéticos con otra información genómica para profundizar en la comprensión de las complejas interacciones entre la genética, la epigenética y el entorno en la producción animal.

En el marco de esta investigación, el INIA-CSIC y científicos del CSIRO en Australia hemos investigado específicamente las marcas de metilación en terneras que han sido gestadas bajo estrés metabólico. En vacas lecheras multíparas, el pico de lactación coincide con las primeras etapas del desarrollo embrionario de la gestación, generando un balance energético negativo que afecta las demandas metabólicas de la gestación y podría alterar el perfil epigenético del feto afectando a la vida adulta de la futura vaca. Por el contrario, en vacas primíparas, que no han tenido lactancias previas, este fenómeno no ocurre. El enfoque del estudio se ha centrado en analizar la relación entre la metilación en dos grupos de terneras y los rasgos productivos de sus madres. Los primeros resultados prueban que a medida que la madre tiene más lactaciones, se observan más marcas de metilación en las hijas. Ya se ha demostrado que a nivel genético las hijas de primíparas tienen mayor salud y niveles productivos, el siguiente paso es entender si esta diferencia también viene dada por el perfil epigenético.

Este hallazgo sugiere que las hijas de vacas en lactación podrían no expresar completamente su potencial genético debido a las marcas de metilación que aparecen durante la gestación debido a los niveles productivos de sus madres. Asimismo, el estudio permitió identificar genes que se expresan en mayor o menor medida debido a la metilación derivada de los caracteres maternos, lo que proporciona información valiosa para entender cómo la producción y sanidad de la madre pueden influir en la productividad de las terneras.

Figura 1. Representación de cómo un estresor externo que afecte a la madre puede alterar los niveles productivos de las hijas.

Estas ideas se alinean con los objetivos del concepto de One Health, el cual busca abordar de manera integral la interconexión entre la salud animal, humana y ambiental. Al lograr animales más saludables y con menor dependencia de antibióticos, se contribuye a mitigar los efectos de los microorganismos resistentes a los antibióticos y se disminuye el riesgo de su posible transferencia a poblaciones humanas. Esta conexión entre la salud de los animales, el medio ambiente y la salud humana se convierte en una estrategia clave para enfrentar los desafíos emergentes en salud pública y la sostenibilidad de los sistemas ganaderos. Al aprovechar estos descubrimientos genéticos, podemos avanzar hacia un futuro más resiliente y equilibrado en términos de salud global. Los chips de metilación permitirían además corregir el efecto de los genes sobre el carácter productivo en las evaluaciones genéticas, siendo capaces de separar no solo ambiente y genoma como se hace a día de hoy, sino también separar qué porcentaje de la producción de un animal explica su epigenética.

Uno de los principales objetivos en el campo de la epigenética es desarrollar el conocimiento para alterar las marcas epigenéticas que puedan ser de interés, tanto por su efecto positivo como negativo sobre la vida de los animales. La modulación de las marcas de metilación en la producción animal puede lograrse a través de diversas estrategias. En primer lugar, una correcta alimentación juega un papel muy importante. La composición de la dieta puede afectar las marcas de metilación, y nutrientes como el ácido fólico, las vitaminas B12 y B6, la metionina y la colina están implicados en los procesos de metilación. Diseñar y ajustar la dieta de las vacas puede tener un impacto significativo en estas marcas, aunque se requiere una investigación adicional para comprender plenamente los mecanismos específicos y los efectos precisos de la alimentación en la metilación del ADN en el ganado.

Otra línea de investigación prometedora es la edición genética. Actualmente, se están llevando a cabo investigaciones en este campo para manipular directamente las marcas de metilación en el ganado. La tecnología de edición genética, como CRISPR-Cas9, ofrece la posibilidad de alterar de manera precisa y específica las secuencias de ADN, incluidas las regiones de metilación. Esto podría permitir la modulación controlada de las marcas de metilación en el genoma de las vacas, abriendo nuevas posibilidades en la producción animal.

Por último, se ha observado que las marcas de metilación pueden establecerse durante el desarrollo temprano del embrión y la etapa fetal. Al controlar el ambiente en el que se desarrolla el embrión es posible influir en estas marcas de metilación en el ADN. Sin embargo, es importante destacar que esta área de investigación se encuentra en sus primeras etapas y se requiere más estudio para comprender completamente su aplicabilidad y efectividad en el contexto de la producción animal.

En resumen, el trabajo realizado permite el descubrimiento de biomarcadores que serán incluidos en el EpiChip que utilizaremos para “epigenotipar” una población de vacuno lechero y expandir estos análisis. En un futuro se abrirá la puerta a la modulación de las marcas de metilación en la producción animal que se podrá lograr a través de estrategias como la manipulación de la alimentación, la suplementación nutricional, la modificación genética y la influencia temprana en el desarrollo embrionario e incluso la adición de estas marcas dentro de los programas de mejora genéticas actuales. Una vez se hayan identificado las marcas, el siguiente paso será aprender cómo modularlas a través de la dieta o el manejo directo de los animales.

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