Que hay de nuevo en Genética y Genómica para el Productor Lechero.

La selección de razas lecheras uno siglos atrás estuvo interesada al principio en la colección de aquellos rasgos de apariencia física que iban definiendo cada raza y que eran transmitidos a su descendencia con las menores variaciones fenotípicas posibles. Este trabajo fue realizado por visionarios, individuos que invirtieron fama y fortuna en la creación de un legado que llevaría su nombre.

El conocimiento intuitivo de los principios de la “herencia” fue reconocido desde tiempos inmemorables y los mismos no llegaron a ser explicados lógicamente hasta siglos después por Gregor Mendel.

El linaje de un animal era cuidadosamente registrado y se sobreentendía que individuos de buen linaje, en general reproducían individuos semejantes o mejores a sus progenitores en todos aquellos caracteres importantes a esa raza en particular: leche, fuerza, velocidad, pelo o lana, etc.

Un hecho histórico en la creación de razas de animales domésticos importantes hoy en día, son los registros genealógicos, la única forma escrita de asegurar la ascendencia de un individuo, práctica que ha sido continuada a través de los siglos y que hasta recientemente ha permanecido como el “status quo” en genética.

Con la finalización  del mapeado del genoma humano  a principios del siglo 21, métodos de laboratorio más exactos, rápidos y económicos han sido creados para la identificación genética de animales de producción y también animales salvajes de importancia.

Todos aquellos que hemos crecido en esta industria hemos experimentado en una forma u otra la gran cantidad de nuevos servicios y tecnologías desarrollados en  “lechería moderna”.

Son los caracteres o “rasgos” de valor económico los que han conducido a la selección genética en el pasado y no hay ninguna razón para que no lo sigan haciendo; sin embargo, con la tecnología existente hoy en día las aplicaciones son extraordinarias. Multitud de enfermedades genéticas van a ser diagnosticadas más temprano y muy posiblemente eliminadas, mediante la edición de aquellos genes recesivos que las causan, todo esto es posible de realizarlo en el laboratorio por sistemas automatizados capaces de llevar a cabo millones de manipulaciones en el ADN en cuestión de horas y al alcance del ganadero promedio.

Sin lugar a dudas, fue la “inseminación artificial” (IA) comercial a partir de los anos de 1950, la que significantemente revoluciono esta industria. IA trajo consigo la creación de indexes de producción y los programas de mejoramiento genético del hato (DHIA) existentes, tal y como los conocemos hoy en día. En pocos años la producción de leche en Norteamérica y Europa fue duplicada con la mitad de los animales del rebano nacional.

Conforme la industria lechera crecía, nuevas tecnologías eran necesariamente introducidas para mantener las altas producciones de leche y sólidos en leche que vacas modernas están logrando hoy en día.

Manejo del hato y la nutrición científica del rebano son esenciales en cualquier hato moderno. El medio ambiente en que los animales viven y una clara selección genética de rasgos de valor económico, definen la inteligencia del individuo a cargo de un hato lechero comercial moderno. Eficiencia hoy en día está en la utilización sabia de los recursos disponibles para el productor.  Esta debe ser demostrada con cambios económicos positivos en producción; pero, sin afectar el bienestar de los animales. El consumidor detesta el consumo de alimentos producidos por animales que son maltratados.

Hay que reconocer que aunque la industria lechera es el beneficiario absoluto de esto avances científicos, no tanto así lo han sido los animales en explotación, -las vacas mismas-, cuando consideramos el gran peso fisiológico acaecido en animales de alta producción, conclusión de lo que la condición animal domesticado ha significado por siglos.

Siendo “producción de leche” el rasgo fenotípico más seleccionado durante años de cruzamiento, otros rasgos importantes como la salud y longevidad se descuidaron o no tenían el mismo grado de “heredabilidad” que otros caracteres económicos tenían en esos años Ver la figura 1. Antes de la revolución genética creada durante los inicios de la Inseminación Artificial a nivel comercial, era normal que las vacas alcanzaran 7 o más lactaciones. Los records de producción de leche eran muy bajos comparados con los de hoy en día, de baja persistencia y con lactaciones muy cortas; sin embargo, era normal encontrar vacas en los rebaños de nuestros padres con 15 o más años de edad. De tal manera que aquellos que creen que las vacas son tratadas hoy en día mejor que 100 años atrás deberían re pensar esa posición, en términos de lo que los animales preferirian. Esta realidad sucede con todas las especies domesticas para el beneficio económico del hombre, excepción hecha tal vez, de nuestras mascotas. En un futuro cercano, el tema de “los derechos de animales”, va a tener preponderancia en las noticias diarias de una sociedad cada día más educada e informada, nuevas leyes serán impuestas que protejan el bienestar de los animales en explotaciones comerciales y serias multas a aquellos que no las cumplen.

Hoy día.

Recientemente se ha estado prestando más atención a la selección de otros caracteres o rasgo fenotípicos importantes (Miglior et al., 2017), reconocidos en causar efectos económicos contraproducentes en la salud y fertilidad de las vacas.

Desde que la selección genética se inició, el número de rasgos considerados en la selección de vacas lecheras ha progresado como respuesta a los cambios y necesidades de los productores y consumidores. La recopilación de información o “data”, es registrada automáticamente cada vez que el animal se ordena o wireless desde cualquier lugar donde se encuentre en el establo, informando al personal con data relevante a la producción de leche diaria, fertilidad del rebano, salud de la ubre y calidad del producto, movimiento, etc. Hoy en día existen mecanismos para seguir aun la fermentación ruminal de animales en un rebano.  

El productor lechero comercial que piensa con una mentalidad completamente basada en información recibida instantáneamente en su “IPhone”, depende completamente de estas tecnologías, ya que el sistema está diseñado con ese propósito. La información es compartida con los propietarios de ese software, información que es importante para  muchos; incluyendo: ingenieros en computadoras, matemáticos, genetistas y otros que se dedican a comparar números y eventos con inmensas computadoras. Esta alianza ha hecho de la Lechería Moderna Comercial, extremadamente eficiente y compleja; donde los números de cabezas en ese hato, diluyen el costo en la inversión de tecnología constantemente cambiando.

El “80% de la producción de leche en USA es producida por 20% de los productores de leche en los EEUU. Este 20% compila solamente ranchos que ordenan arriba de 1000 vacas por día. Al igual que con otras explotaciones de animales, “números altos diluyen los costos de inversión”.

La implementación comercial de nuevas tecnologías a los programas de reproducción del hato, no solamente van a acelerar un mayor gane en “merito genético” en el sentido tradicional; pero también, a corto plazo. El productor lechero moderno, no va a tener que esperar por generaciones, para ver el fruto de su creación, como previas generaciones lo tuvieron que hacer, debido a la tecnología existente en ese entonces. A través de genética y sus herramientas, como “la genómica”, caracteres genéticos de baja herebilidad, como: salud de la ubre y bajas cuentas leucocitarias en la leche bruta (<SCC), longevidad, fertilidad, facilidad de ordeno y temperamento, son ahora una posibilidad en la lista de caracteres a seleccionar. Ver la figura 2

Esta alianza con tecnologías comerciales emergentes, es un servicio que las compañías comerciales en equipo lechero y servicios genéticos, llevan a cabo muy efectivamente en países con intereses fuertes en esta industria.

Este mercado de servicios comerciales es una industria billonaria y todos quieren un pedazo de la misma; muchos de estos productos han revolucionado la lechería comercial actual.

La figura 3, compara algunos factores económicos memorable en la lechería Canadiense; antes y después de la introducción de test comerciales de genómica, a partir del año 2009. Muestra la ganancia en “merito genético” en algunos de los rasgos o caracteres comerciales más importante en selección genética en el hato nacional canadiensedurante un lapso de 10 años.

La aplicación de selección genómica ha producido cambios bien medidos en la ganancia de progreso genético; principalmente, en el grado de seguridad con que nuevos modelos predicen los resultados en evaluaciones genéticas y la confianza en los resultados al hacer predicciones en programas de mejoramiento genético en un rebano.

No cabe ninguna duda que el futuro genético de las razas lecheras existentes y su desempeño productivo en situaciones diferentes, va a estar bajo la influencia de esta tecnología; la selección en ciertos caracteres específicos podrían realizarse y por ejemplo; llegar a tener vacas con mejores tasas de “eficiencia alimenticia” o individuos de la misma raza que producen mejor en sistemas de pastoreo, con mejores conversiones de forraje a leche.

El mejor ejemplo es el ocurrido en Nueva Zelanda, pais pionero en la utilizacion

temprana de “genomica”.

Al comienzo, los ganaderos de NZ invirtieron seriamente en la Genomica,

el 40% de todas las IA’s eran genomicas (2 millones/ano). Las hijas de esos

toros descepcionaron al productor en las pruebas de produccion.

Grandes variaciones fueron encontradas, incluyendo animales que iban desde una

consideracion genetica, grado “elite”, a animales mediocres e ineptos para el programa reproductivo de selección y a un gran costo ser eliminados.

Las perdidas economicas fueron grandes y muchos ganaderos perdieron la confianza en el sector comercial que da servicios en genetica.

La experiencia adquirida obligo a las companias geneticas a reevaluar esta metodologia y confiar en los tests de produccion de las hijas; asi como la repetabilidad (Rep) de ese carácter.

Hoy en NZ se esta utilisando genomica en la selección de toretes jovenes provandolos para el futuro. El proceso de provar un torete joven cuesta entre NZ$40K a 50K y toma alrredeor de 6 anos. Tambien la ventas de semen proveniente de toretes con test genomico han bajado a solamente 5-6% de todas las inseminaciones. Mas importante, 95% de los ganaderos escogen pajillas de semen con reliabilidad (Rel) elevada. En Nueva Zelanda se utilizan arriba de 4 millones de IA’s por ano.

Que es la genomica entonces?, es una herramienta mas, una tecnologia que ya conociamos teoreticamente e iba a ser posible un dia,  esa ocasión sucedió en los anos 2004 con la conclusion del mapeado del ADN en humanos, proyecto que se llevo varios anos y con la participacion internacional de muchos paises. De ahí fueron dias para que se iniciaran proyectos semejantes en animales domesticos importantes. El mapeado del ADN del bovino se llevo a cabo en el ano 2007 y las companias comerciales en geneticas recibieron permiso para industrializarlo y administrarlo. Academia y el publico tambien tienen acceso a informacion sobre el genoma bovino, a traves de una gran cantidad de entidades de gobierno y universidades creadas con este proposito.

En general esta tecnologia ha demostrado y provado sin lugar a dudas las espectaciones que teniamos desde los anos 1950 con Watson y Cricks y la estructura del ADN. El poder de contar e identificar los genes que componen el ADN.

Recordemos que “genetica” es el estudio de la herencia utilisando estatististical principios y ecuaciones, “genomica,”  utiza equipo de laboratorio y supercomputadoras especializados en procesar gran cantidad de especimens de manera eficiente, rapida y con fines comerciales.

Esto ha hecho una industria de esta tecnologia que analiza la funcion y estructura de la totalidad de un genoma (ADN) en cuestion de dias y a un precio acsesible.

La localizacion de aquellos alelos de interes economico en el genoma de razas lecheras, seria una tarea de inmensas proporciones, considerando que hay 22.000 millones de genes en el ADN bovino; sin embargo, desde muchos anos atraz todos los metodos de laboratorio se han beneficiado de “marcadores geneticos” de un tipo u otro, para determinar idionsincracias geneticas en el ADN.

En este caso, marcadores moleculares  yaeran utilizados en la verificacion de parentesco y defectos geneticos muy efectivamente desde hace ya muchos anos. Un marcador genetico muy particular, el “single nucleotide polymorhism”o SNP (snips), se encuentra siempre en areas geograficas donde diferentes bases nucleotidas aparecen en el ADN de individuos conocidos y en la misma posicion en el ADN.

Economico, altamente prevalente en el genoma bovino y adaptable para el analisis de alto volumen de muestras, marcadores SNP’s corrientemente proveen la informacion requerida en selección genetica, debido a su relacion directa o indirecta a muchos genes responsables de alta variacion fenotipica. La relacion anatomica de SNP’s con un alelo determinado, puede ser intima y embebido dentro del gene mismo, esto los hace excelentes marcadores, confiables y economicos.

El lanzamiento al mercado de la “Illumina Bovine SNP50” chip en el ano 2008, permitio en una manera eficiente el genotipar  alrredeor de 50K snips simultaneamente. Estos eran marcadores altamente polimorficos repartidos en el genoma de las diferentes razas; pero, separados dentro de limites medibles.

Por el momento estos SNP’s representan un fraccion pequena de variacion genetica dentro del genoma bovino; sin embargo, proveen suficiente informacion para incrementar la confiabilidad de los modelos de evaluacion genetica.

Cada dia hay algo nuevo en el mundo de “genomics”  y apenas estamos aprendiendo a predecir algunas observaciones basadas en esas “variantes o arreglos de SNP’s”, todavia hay mucho que ganar de la informacion guardada en 3 billones de bases pares del genoma animal.

La figura 4 muestra el progreso o ganancia genetica de varios caracteres economicos importantes hoy en la lecheria Canadiense. Se hace una diferencia comparativa entre los 2013’s a 2018’s en la ganancia genetica adquirida. 

Aunque, esta es una data de 2018, el cuadro representa muy bien el progreso genetico de la mayoria de los caracteres importantes creados por la demanda comercial hoy presente en el mercado de ese pais.

En esta era de selección genomica, la abilidad de identificar regiones exactas en el ADN, que poseen un particular efecto en un carácter genetico de importancia, mejora cada dia.

El proyecto GWAS es una herramienta en el “internet” utilisada frequentemente durante los ultimos 10 anos para identificar y mapear SNP’s con significancia en determinados caracters. Utilizando GWAS fue localizado el gene DGAT1 en el cromosoma 14 del genoma bovino. Este SNP explica 50% de la variacion genetica en la cantidad de grasa producida y 10% en la variacion de leche producida (Grisart et al., 2002).

DGAT1 demuestra las intrinsicalidades del ADN, donde sorpresas y conocimiento estan a la vuelta de cada esquina del ADN en un individuo; DGTAT1, es la fotografia perfecta del gene o cluster de genes identificados consistentemente, en la identificacion de caracteres economicos importantes en lecheria moderna.  Lo cierto es que se esta navegando en aguas no exploradas anteriormente  y sorpresas son esperadas.  

Genotipificacion razas lecheras es una industria motivada por la alta demanda   en la identificacion precisa de regiones en el ADN con caracteres econonomicos importantes.

La habilidad de identificar porcionas largas de ADN, los llamados ROH’s que son porciones  “homozigoticas” del ADN poco estudiadas debido a su invariabilidad y no consideradas importantes en la herencia, ha resurgido como materia de investigacion debido a que se ha demostrado, ROH’s y sus asociaciones con caracteres economicos de interes, es manifiesta en el cromosoma bovino 11, el cual tiene efectos en caracteres de fertilidad y parto en vacas primerizas.

Estas areas estan bajo investigacion intensiva hoy en dia y en el encontrar las mutaciones que estan causando los problemas de fertilidad que las vacas lecheras, muy especialmente la raza Holstein,  han hereditado debido a la alta consanguinidad experimentada a traves de los anos.

La respuesta mas sencilla y dificil de llevar a cabo en la practica, es que: el consumidor dicta.  El productor tendra que agregar a su lista de habilidades, la prediccion futura del mercado de la leche y sus derivados; en una industria tan competitiva como esta, ciertamente hoy en dia el carácter genetico de valor economico: “produccion de leche”, podria pasar a un segundo lugar.

Durante anos la selección en el ganado lechero era basada en los dos caracteres economicos mas importantes en el mercado de entonces, “produccion y conformacion”, ver la figura 1 y 2.  Produccion de leche es un carácter altamente hereditable en vacas lecheras, donde en pocas generaciones produccion de leche se podia duplicar, con la mitad de los animales inciales.

Hoy en dia la selección de caracteres economicos importantes, pero de baja heradibilidad o que son mas dificiles de medir, ha resurgido el interes perdido anos atraz  (ver tabla 1.)   

La realizacion cientifica es que estos caracteres pueden ser mejorados y hasta editados en el laboratorio, en parte debido a la automatizacion en la colección de data  proveniente de los productores. 

En la era del “genotipo,  fenotipo es el rey”. Hoy la industria esta comprometida en identificar mas cantidad de SNIP’s que midan el fenotipo de interes; mas exactamente, economicamente y en una forma comprensiva para el cliente; acostumbrado, a los complicados Indices de Merito Genetico  en catalogos de semen comercial. Recordemos siempre “que ganes en merito genetico son acumulativos”  y potencialmente hereditables por futuras generaciones.

La combinacion de la genomica con otras tecnologias como el semen sexado y semen para la obtencion de carne, son opciones para aquellos mercados en donde la produccion de leche local, ha satisfecho un mercado reluctante al  consumo de mas leche fluida en su dieta; como consequencia, es hoy en dia el “limitante” mas importante a considerar en la expansión lechera comercial en Norteamerica.

Los EEUU es el mejor ejemplo de esta realidad y ha lidiado con esta situacion los ultimos 20 anos. Esfuerzos grandes se han hecho en reganar la posicion de la leche en la dieta basica, sin resultados. Simplemente puesto, la poblacion joven actual en ese pais, no considera el vaso de leche diario necesario y desprecia aquellos alimentos producidos por animales que son explotados industrialmente, esta es la realidad de una situacion social actual.

La introduccion de semen de razas especializadas en carne en las lecherias comerciales en Norteamerica (beef-on-dairy) a tenido un auge economico considerable entre los productores de leche de esos paises. Terneros cruzados con carne alcanzan mejores precios que sus contrapartes de la raza Holstein.

¿Significa esto que es necesario para el productor de leche el arriegar la proxima generacion de reemplazos al cruzar con carne, no necesariamente.

Invirtiendo en el testeo genomico en todas las terneras nacidas, el productor va a seleccionar: 1) aquellos animales que van ha formar parte del programa genetico futuro en ese rebano, 2) el resto, se divide en otras categorias de menor valor genetico, fertilidad y valor productivo (ver figura 5).

Utilizando semen sexado inteligentemente, todas estas categorias pueden ser manejadas reproductivamente y son candidatos para ser cruzados; ya sea con semen tradicional de la raza o con semen de carne sexado, de acuerdo a las necesidades del productor y la demanda de carne en el mercado. En este momento el mercado de becerro cruzado, esta proporcionando un valor aditivo considerable a aquellas lecherias que lo estan practicando; sin embargo, debe ejecutarse con muy buena presicion y sin comprometer el numero de reemplazos que el rebano necesita anualmente en substitucion de animales no productivos y en crecimiento del hato.

Todas estas tecnologias tienen ventajas y desventajas, “riesgo” que el lechero esperimentado debe considerar muy bien; el margen de error es limitado, sin embargo, esto no ha detenido a aquellos lecheros bien establecidos, que basan el éxito de la empresa a la aplicación inteligante de nuevas tecnologias con el riesgo de implementarlas.

Gran progreso se ha logrado con “semen sexado comercial” el cual ha logrado tasas de concepcion similares a las del semen normal, factor que fue limitante  en la popularizacion del mismo anos atraz.  

Semen sexado de la misma raza es todavia una practica popular en lecheria comercial que combinado con el testeo genomico a una edad temprana, continua produciendo animales sobresalientes y mas alla de estimaciones previstas (ver la figura 5).  

En la era de la genomica, el productor lechero tiene varias opciones en reproduccion sin afectar la cosecha de remplazos anual.El testeo de todos los reemplazos a una edad temprana es una excelente inversion que todo ganadero serio debe considerar. El test cuesta en norteamerica alrredeor de $40/cabeza y es realizado con especimenes colectados de piel y pelo de la cola que contengan celulas vivas donde ADN pueda ser analizado.  

Uno de los problemas mas graves en genetica de bovinos de leche es la consanguinidad existente en estas razas, particularmente las mas populares.

El mapeado temprano del ADN en remplazos, identifica cuales animales son portadores recesivos de aquellos allelos perniciosos en la fertilidad de la vaca lechera moderna. Estos allelos son identificables en animales que los poseen y pueden ser eliminados tempranamente del programa reproductivo o ser cruzados con semen de carne (beef-on-dairy).

La utilizacion de semen sexado en remplazos cuyo genotipo es conocido, es la culminacion de un programa de selección genetica bien pensado, cuando es utilizado en un programa reproductivo bien organizado (ET, Ovasynch, TAI, etc.), en donde se han considerado todos los aspectos de manejo, nutricion y el uso de hormonas, los indexes de concepcion (CR) han demostrado ser muy parecidos al del semen normal.

Este tipo de programa reproductivo se ha utilisado desde hace anos en algunos ranchos comerciales en los EEUU y Canada, en ambos paises los resultados confirman las ganancias en Merito Genetico a corto plazo y en caracteres especializados en: salud del rebano, temperamento lechero, salud de la ubre y solidos en leche.

Semen sexado se ha utilizado extensivamente mayormente en animales primiparos por razones no otras que “fertilidad”, y donde algunos de ellos tienen el test genomico y otros no. Algunos ranchos comerciales en los EEUU poseen grandes problemas en fertilidad del rebano y utilizan semen sexado con el fin de incrementar el numero de reemplazos, sin consideracion esencial en selección genetica.

La inclusion de carne en leche o beef-on-milk, es una practica bien establecida por algunos productores de leche y debe ser analizada por aquellos que estan pensando en provarla. En aquellas paises donde la carne de res es clasificada en categorias de calidad (figura 7), el becerro macho cruzado con razas europeas especializadas en carne, se vende muy bien a los dias de nacido. Este hecho es suficiente motivacion para algunos productores de leche que no recibian mucho en la venta de terneros machos puros de raza lechera.

Cuando la consideracion en la mente del productor es la de incrementar el numero de remplazos con fines de expansion del hato, selección genetica pasa a un segundo lugar y semen sexado de la misma raza es la opcion para   incrementar el numero de remplazos en un hato lechero mas rapidamente, y con una menor necesidad de tener que recurrir a la compra de remplazos.

Adaptacion a las condiciones de mercado local es el nombre del juego y todo productor lechero lo conoce muy bien; sin embargo, cambios en este mercado ocurren mas rapido de cualquier posible adaptacion al mismo, es muy posible entonces, que la diversificacion de recursos, no sea tan mala idea y tanto beef-on-dairy o semen sexado de la misma raza, son opciones corrientemente empleadas en lecheria moderna.