Actividad de aprendizaje: Análisis de ADN para Terneza: Calpaína y Calpastatina

Introducción: La calidad de la carne constituye un importante factor de interés económico y es la terneza, el atributo más apreciado por los consumidores de todo el mundo. Sin embargo, es una característica de compleja medición en el momento de la faena.

Hoy la Argentina está a la vanguardia, junto con Australia y Estados Unidos, en los análisis que determinan la capacidad genética de los rodeos para producir carne tierna.

Trabajos científicos de los últimos años han demostrado que el "tiernizado" "post mortem" de las carnes se debe a la existencia de dos enzimas, Calpaína y Calpastatina que actuando en forma coordinada degradan las fibras musculares quitándoles el "rigor mortis" luego de la faena. La Calpaína es la enzima principal de estos procesos de maduración y las variantes más activas de la enzima confieren mayor terneza a la carne. La Calpastatina codifica para una fosforilaza, enzima inhibidora de la calpaína, según el estado alélico en que se encuentre. En forma inversa a la anterior, en este caso las variantes menos activas de esta enzima confieren mayor terneza.

Para cada marcador se ha encontrado una variante más favorable a la terneza (+) y una menos favorable (-). Al tener los bovinos dos alelos de cada gen, uno proveniente del padre y otro de la madre, para un animal hay entonces tres genotipos posibles para cada marcador.

En la actualidad el componente genético de la terneza se explica con la presencia de 4 mutaciones, 2 en el gen de Calpastatina (Calpastatina 2959 y Calpastatina UoG) y 2 en el gen de Calpaína (Calpaína 316 y Calpaína 4751). Por ejemplo, para el gen de la calpaína, la mutación en la posición 316 corresponde al cambio de una base en el ADN (citosina por guanina), que produce un cambio en la estructura de la proteína al reemplazar el aminoácido alanina (G CC) por glicina (G G C).

Dado que estos genes se heredan en forma mendeliana, es importante incluir en la ficha de cada animal tanto machos como hembras su genotipo para Calpaína y Calpastatina y su Índice de Terneza combinado. La información de los genes de terneza (genotipo) se incorpora en Resumen de Padres ANGUS (Catálogos).

Es importante remarcar, que estos marcadores son mas relevantes en la comercialización de carne fresca, es decir aquella que se comercializa cerca de la faena. En nuestro país, 80 % de la faena tiene como destino el Mercado Interno, dentro de esta modalidad.

Analizando lo anteriormente expuesto, contestar:

1. ¿Cuáles son las características que se desean mejorar en el ganado vacuno destinado a consumo?
2. ¿Por qué es posible mejorar esta característica en el ganado?
3. ¿Cuál es el método tradicional para medir terneza? ¿qué aportan los marcadores moleculares en ésta área?
4. ¿Cuáles son los marcadores moleculares ligados a la cualidad de terneza de la carne? ¿Qué rol juegan estas enzimas en el proceso de tiernización de la carne?
5. ¿Qué beneficio trae el conocimiento de estos genes al mejoramiento de esta raza vacuna?
6. ¿Cuál es el número de alelos favorables [+] considerando que son 4 los marcadores moleculares disponibles para los genes de terneza?
7. Dado que la capacidad de predecir terneza de los cuatro marcadores es aditiva, a mayor cantidad de las variantes más favorables, mayor probabilidad de obtener individuos con carne tierna. Indique una metodología que pueda emplearse en la detección del número de alelos favorables para la selección de reproductores por terneza.

Bibliografía: Adaptado de:

Guitou, Horacio (2010). Marcadores Moleculares de Terneza: CALPAÍNA Y CALPASTATINA. Una nueva herramienta para el mejoramiento genético de los rodeos bovinos de carne. Revista AnGus 249. Pág. 73-77.

ACTIVIDAD RESUELTA

¿Cuáles son las características que se desean mejorar en el ganado vacuno destinado a consumo?

Para poder contestar esta pregunta, se sugiere buscar información bibliográfica. Ejemplo, del Instituto de Promoción de la Carne Vacuna Argentina (IPCVA).

Los productores desean seleccionar a los mejores animales para lograr una mayor área de ojo de bife, menor cantidad de grasa dorsal o menor porcentaje de grasa intramuscular. A estas características de interés para los consumidores, se sumó la terneza de la carne. La terneza de la carne se define, como la dificultad o la facilidad con la que una carne se puede cortar o masticar.

¿Por qué es posible mejorar esta característica en el ganado?

El mejoramiento es posible porque esta característica se encuentra gobernada por ciertos genes, con lo cual la terneza es un carácter heredable, sensible al mejoramiento.

Además, estos genes se heredan en forma mendeliana, y la descripción del genotipo para estos genes de terneza ya se está incluyendo en el Resumen de Padres ANGUS (Catálogos).

¿Cuál es el método tradicional para medir terneza? ¿qué aportan los marcadores moleculares en ésta área?

El método de "Warner-Bratzler" es el tradicional para medir la terneza de la carne y consiste en cortar la carne con una guillotina al momento de la faena y medir la fuerza de corte en kilogramos. Debido a que este método es poco práctico en estudios genéticos en donde se deben medir los caracteres en los progenitores y la progenie, la utilización de los marcadores moleculares permite ganar en tiempo y en costo y evita la faena de ejemplares.

¿Cuáles son los marcadores moleculares ligados a la cualidad de terneza de la carne? ¿Qué rol juegan estas enzimas en el proceso de tiernización de la carne?

Los marcadores moleculares son las distintas variantes alélicas de los genes que codifican para las enzimas Calpaína y Calpastatina. Las diferencias en los alelos se deben a mutaciones puntuales (SNPs o Single Nucleotide Polymorfhism).

Trabajos científicos de los últimos años han demostrado que el "tiernizado" "post mortem" de las carnes se debe a la existencia de dos enzimas, Calpaína y Calpastatina que actuando en forma coordinada degradan las fibras musculares quitándoles el "rigor mortis" luego de la faena. La Calpaína es la enzima principal de estos procesos de maduración y las variantes más activas de la enzima confieren mayor terneza a la carne. La Calpastatina codifica para una fosforilaza, enzima inhibidora de la calpaína, según el estado alélico en que se encuentre. En forma inversa a la anterior, en este caso las variantes menos activas de esta enzima confieren mayor terneza.

¿Qué beneficio trae el conocimiento de estos genes al mejoramiento las raza vacunas?

La identificación en las diferentes razas bovinas de mutaciones puntuales (SNPs o Single Nucleotide Polymorfhism) asociadas a variantes genéticas de mayor o menor terneza en los genes de CALPAÍNA y CALPASTATINA, ha sido el puntapié inicial para el mejoramiento genético de los rodeos en lo que respecta a la terneza de su carne. Los animales que poseen las variantes más favorables de cada gen tienen más probabilidades de generar carne tierna que los que poseen las variantes menos favorables.

¿Cuál es el número de alelos favorables [+] considerando que son 4 los marcadores moleculares disponibles para los genes de terneza?

El componente genético de la terneza se explica con la presencia de 4 mutaciones, 2 en el gen de Calpastatina (Calpastatina 2959 y Calpastatina UoG) y 2 en el gen de Calpaína (Calpaína 316 y Calpaína 4751).

Un individuo como máximo puede presentar las 8 variantes favorables (individuo diploide).

Entre los individuos con los genotipos más y menos favorables (8 genes favorables vs 0 genes favorables), existe una diferencia en la terneza de más de 1,4 Kg (30%) medida con el método de Resistencia al Corte de Warner - Bratzler a los 14 días post faena. Las VARIANTES MÁS FAVORABLES de un gen o marcador se designan [+] y las MENOS FAVORABLES [-], los bovinos poseen una copia de cada gen provenientes del padre y otra de la madre, el genotipo óptimo de cada gen o marcador es [++], el genotipo intermedio es [+ -] y el genotipo menos favorable es [- -]. Un GENOTIPO [++] significa que el animal que lo posee es homocigota para la variante de mayor terneza para los dos genes y por lo tanto es un individuo con un 100% de capacidad para transmitir dichas características genéticas a su descendencia.

Dado que la capacidad de predecir terneza de los cuatro marcadores es aditiva, a mayor cantidad de las variantes más favorables, mayor probabilidad de obtener individuos con carne tierna. Indique una metodología que pueda emplearse en la detección del número de alelos favorables para la selección de reproductores por terneza.

Para la detección e identificación de las variantes alélicas de los genes que codifican para calpaína y calpastatina, respectivamente, se puede diseñar una metodología que abarque la amplificación por PCR de ambos genes, y una digestión con enzimas de restricción que permita discriminar que variante alélica está presente, siempre y cuando las mutaciones coincidan con sitios de reconocimiento de enzimas de restricción conocidas, creando un sitio nuevo, y/o eliminando otro existente. Por ejemplo, para el gen de la calpaína, la mutación en la posición 316 corresponde al cambio de una base en el ADN (citosina por guanina), que produce un cambio en la estructura de la proteína al reemplazar el aminoácido alanina (G CC) por glicina (G G C). Alternativamente, se puede mandar a secuenciar el fragmento amplificado.