GENOTIPIFICADO DE PROTEÍNAS LÁCTEAS EN VACAS LECHERAS Ing. Agrónomo Jennifer Curifuta H. Ing. Agrónomo Mg. Sc. Humberto González V. Biólogo Dr. Cs. Biomédicas Cristian Araneda T. Departamento de Producción Animal, Universidad de Chile.

I.

INTRODUCCIÓN

Hasta el año 2006, las pautas de pago de las plantas receptoras de leche se basaban principalmente en los volúmenes producidos. A partir de ese año, sin embargo, algunas industrias como Soprole, Surlat y Mulpulmo efectuaron modificaciones en su pauta, rebajando el porcentaje mínimo de proteína sobre el cual se paga la bonificación, y subiendo el monto de esta última, llegando a valores de $1.500 por kilogramo adicional de proteína (ODEPA, 2007). En este escenario, en la Región de Los Lagos el contenido de sólidos de la leche y particularmente la fracción proteica debiera tener prioridad dentro de los planes de mejoramiento genético de bovinos. En países con fuerte tradición lechera como Nueva Zelandia y Brasil, los programas de mejora genética en ganado lechero incluyen como objetivos de mejoramiento esta tendencia, favoreciendo claramente la mayor producción de proteína (Cuadro 1). Cuadro 1. Valores económicos (en US$) para rasgos objetivos de mejoramiento en ganado lechero en Nueva Zelandia y Brasil. Rasgo

Grasa Proteína Volumen Peso Vivo Fertilidad Score Células Somáticas Longevidad 1

Nueva Zelandia1

Brasil2

+1,92012 +8,68540 -0,09415 -1,48014 +3,1188 -31,4607 +0,0486

+5,25 +3,95 +0,04

(López-Villalobos, 2012), 2 (Verneque, 2012)

Es así como en Nueva Zelandia, la ponderación del contenido de proteína en el Índice de Valor Económico (”Breeding Worth”) usado por el sistema de evaluación genética nacional es la más alta, alcanzando un 40%, seguido del volumen (15%) y peso vivo (14%) ambos con un valor negativo en el índice (Cuadro 1), y grasa (12%) pero con ponderación positiva, estando los otros componentes entre el 6 al 8% (López-Villalobos, 2012). En el caso de Brasil, con un rebaño lechero compuesto de 23 millones de vacas, predominantemente mestizas Cebú-Europeas (Holandesa y Jersey), se paga extra por la cantidad de proteína por sobre el 2,8% y de grasa sobre el 3,0%. A pesar de que las pautas de pagos difieren entre las distintas regiones y sistemas de producción de este gran país, los valores económicos promedios estimados para el consumidor final (en reales, R$) son 0,32 para producción (volumen) de leche; 0,49 para grasa y 12,08 para proteína. En Chile, actualmente las pautas de pago valoran los sólidos a razón de $ 4.200/kg de proteína y $ 1.000/kg de grasa por sobre el 3,0%. Además, se incorporan parámetros como la ausencia de enfermedades en el predio (brucelosis, tuberculosis y leucosis), calidad higiénica y sanitaria de la leche y otros administrativos como ser predio bajo control oficial (PABCO), entre otros. En este contexto la Estación Experimental Oromo, de la Universidad de Chile, a través de un Programa de Mejoramiento Genético para producción láctea, implementó un sistema de cruzamiento absorbente a Holstein Neozelandés con el fin de lograr una producción lechera más eficiente. Además, con la finalidad de aumentar los porcentajes de sólidos (grasa y proteína) se ha incorporado genética Jersey (con semen también importado de Nueva Zelandia). La raza Holstein Friesian se caracteriza por altos volúmenes de producción de leche, pero bajos contenidos de solidos totales si se le compara con la raza Jersey, por lo tanto los mestizos Jersey-Holstein presentan una buena combinación entre volumen de producción y contenido de sólidos totales. Estos antecedentes muestran que, desde hace algún tiempo, la tendencia es a pagar mejor la mayor concentración proteína láctea. Sin embargo, poco énfasis se ha puesto en el tipo proteína producida por lo animales, donde es sabido que las distintas variantes genéticas influyen la calidad proteica de la leche.

II.

PROTEÍNAS LÁCTEAS Y VARIANTES ALÉLICAS

Entre la principales proteínas presentes en la leche bovina destacan las caseínas (α, β, γ, y κ) que constituyen casi el 80% de las proteínas lácteas y las lactoglobulinas (α y β) del suero; las que representan aproximadamente el 20% restante. Tanto para κ–caseína como para β-lactoglobulina se han reconocido diferentes variantes alélicas, siendo las más frecuentes las variantes A y B. Estas corresponden a variantes o alelos de estos genes, que codifican proteínas con propiedades levemente diferentes, pues han cambiado algunos aminoácidos en su estructura primaria (Cuadro 2). En ambas proteínas lácteas las variantes o alelo B están relacionados con mejores rendimientos en la producción de quesos. La variante B de κ–caseína produce leche con una cuajada más firme y menor tiempo de coagulación, reflejándose en quesos de mayor contenido proteico y mejor calidad que los producidos con leche de vacas que poseen la variante A (Jakob y Puhan, 1995). Por su parte la variante B de β-lactoglobulina también se ha asociado a mejores propiedades queseras (Tsiaras et al., 2005). Cuadro 2. Variantes alélicas para κ-caseína y β-lactoglobulina, se indica el exón afectado, la posición y el cambio de aminoácido producido desde la variante A a la B (A → B). Proteína

Variante Genética

Exón

Cambio en el ADN

Posición Aminoácido

A→B IV A→C 148 κ- caseína A→B IV T→C 118 β-lactoglobulina Código Bases Nitrogenadas (A: Adenina, T: Timina, C: Citosina) Código Aminoácidos (Asp: Ácido aspártico, Val: Valina, Ala: Alanina).

III.

Cambio en la Proteína Asp → Ala Val → Ala

GENOTIPIFICADO EN EL REBAÑO LECHERO DE LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL OROMO

A partir de 186 hembras del rebaño lechero de la Estación Experimental Oromo se ha establecido un Banco de ADN, depositado en el Laboratorio de Genética y Biotecnología del Departamento de Producción Animal de la Universidad de Chile, y se ha desarrollado el genotipificado de las variantes alélicas para ambas proteínas lácteas (κ–caseína y βlactoglobulina), por medio de la aplicación de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR, “Polymerase Chain Reaction”) y digestión con enzimas de restricción (RFLP, “Restriction Fragment Length Polymorphism”) de acuerdo a los protocolos desarrollados en la Universidad de California en Davis (Medrano y Aguilar-Córdova, 1990a; Medrano y Aguilar-Córdova, 1990b).

El ADN amplificado que codifica para ambas proteínas, es digerido con un enzima de restricción que permite el reconocimiento de las variantes alélicas de acuerdo a los siguientes esquemas patrones de corte, que deben ser visualizados con electroforesis en gel de agarosa al 3% (Figuras 1 y 2).

Tamaño del fragmento (pb)

AA

AB

BB

Fragmento sin cortar

350 266 132/134 84 Figura 1. Patrón RFLP para los genotipos AA, AB y BB de κ-caseína (Curifuta, 2009).

Tamaño del fragmento (pb)

AA

AB

BB

Fragmento sin cortar

262 153 109 74 / 79 Figura 2. Patrón RFLP para los genotipos AA, AB y BB de β-lactoglobulina (Curifuta, 2009). El rebaño genotipificado estaba constituido por 132 hembras de la raza Holstein Neozelandés y 54 mestizas Jersey-Holstein Neozelandés. De estas últimas, 23 correspondieron a cruzas F1 (50% Holstein; 50% Jersey), 24 a cruzas F2 (75% Holstein; 25% Jersey) y 7 F3 (87,5% Holstein; 12,5% Jersey). El Cuadro 3 muestra las frecuencias de ambos alelos (A y B) para κ-caseína de acuerdo al porcentaje de genética Jersey que presentaba cada animal del rebaño analizado. Estas frecuencias fueron estimadas a partir de las frecuencias genotípicas obtenidas por conteo directo, de acuerdo a las siguientes fórmulas:





° °





1 2

1

°







қ-caseína Los resultados descritos en la Cuadro 3 indican que, a medida que aumenta el aporte aditivo de la raza Jersey, la frecuencia del alelo B de κ–caseína aumenta desde un 28,6% a un 52,2%. En análisis global, el que compara todas las mestizas con las hembras Holstein Neozelandés, la diferencia de frecuencia del alelo B es muy significativa (29,2% v/s 40,7%, P < 0,05). Este resultado concuerda con otras observaciones que muestran que la variante B de κ–caseína se encuentra en una mayor frecuencia en vacas de la raza Jersey al compararla con Holstein (Van Eenennaam y Medrano, 1991b). Cuadro 3. Frecuencia alélicas de κ-caseína por raza y según el aporte aditivo de la raza Jersey (%) en el rebaño lechero de la Estación Experimental Oromo, Universidad de Chile. Mestizos* Holstein Alelos Total Población Total Neozelandés 12,50% 25% 50% Mestizos Número A B

132

7

24

23

54

186

0,708 0,292

0,714 0,286

0,667 0,330

0,478 0,522

0,593 0,407

0,675 0,325

* Aporte aditivo de la raza Jersey presente en los animales mestizos. El análisis del efecto de los distintos genotipos de қ-caseína, en rebaños Holstein, indica que éstos influyen significativamente en el rendimiento y contenido de la proteína (el rendimiento del genotipo AB es mayor al genotipo AA) (Tsiaras et al., 2005). Se ha reportado un efecto favorable de la variante B de κ–caseína sobre el rendimiento de la proteína (Ng-Kwai-Hang et al., 1984; Van Eenennaam y Medrano, 1991a) y la concentración proteica (Ng-Kwai-Hang et al., 1990; Van Eenennaam y Medrano, 1991b).

β-lactoglobulina Para β-lactoglobulina se observa un patrón similar de aumento del alelo B, a medida que aumenta el aporte aditivo de la raza Jersey (Cuadro 4). Cuadro 4. Frecuencia alélicas de β-lactoglobulina por raza y según el aporte aditivo de la raza Jersey (%) en el rebaño lechero de la Estación experimental Oromo, Universidad de Chile. Mestizos* Holstein Alelos Total Población Total Neozelandés 12,50% 25% 50% Mestizos Número A B

131

7

24

24

55

186

0,450 0,550

0,429 0,571

0,375 0,625

0,292 0,708

0,345 0,655

0,419 0,581

* Aporte aditivo de raza Jersey presente en los animales mestizos. Nuevamente hay un incremento de la frecuencia del alelo B, esta vez para β-lactoglobulina, desde un 57,1% en los animales 12,5% de genética Jersey a un 78,8% en animales 50% Jersey (Cuadro 4). La diferencia de frecuencia entre los mestizos Jersey-Holstein en relación al Holstein Neozelandés es significativa (55,0% v/s 65,5%, P < 0,05). Para esta proteína también se han reportado diferencias significativas en los genotipos en rebaños Holstein para rendimiento en leche (genotipo AB mayor rendimiento que genotipo AA), rendimiento graso (genotipos BB y AB mayores que AA), volumen graso (genotipo BB mayor que AA y AB) y producción de lactosa (genotipo AB mayor que AA) (NG-Kwai-Hang et al., 1984; Aleandri et al., 1990).

.

IV.

CONCLUSIONES

A medida que aumenta el porcentaje de Jersey en los animales, aumenta el porcentaje del alelo B para ambas proteínas lácteas, lo que finalmente podría traducirse en mayor cantidad y calidad de los sólidos lácteos obtenidos en la producción de leche. Esto permite confirmar que es posible aumentar la frecuencia del alelo B por el cruzamiento de Holstein con razas con una orientación productiva distinta de la netamente lechera. La inclusión de genética Jersey en el sistema, ha permitido aumentos importantes en la producción de sólidos lácteos por unidad de superficie, al haber elevado la carga animal junto a un mejoramiento significativo en la calidad composicional de la leche (Magofke y González, 2004). Actualmente en el país, existe la tecnología de genotipificado para ambas proteínas lácteas a partir de muestras de ADN extraídas de sangre periférica en distintos centros de investigación universitarios o estatales (Curifuta, 2009; Felmer y Butendieck, 1998), por lo que es posible genotipificar rebaños lecheros nacionales a fin de predecir la calidad las proteínas lácteas que estos producirán.

V.

LITERATURA CITADA

ALEANDRI, R., L. G. BUTTAZZONI, J. C. SCHNEIDER, A. CAROLI AND R. DAVOLI. 1990 The Effects of Milk Protein Polymorphisms on Milk Components and CheeseProducing Ability. Journal of Dairy Science 73: 241-255. CURIFUTA, J. 2009. Estimación y comparación de las frecuencias alélicas de los genes para κ–caseína como para β-lactoglobulina en un rebaño de vacas Holstein Neozelandés y mestizos Jersey-Holstein Neozélandes. Tesis Escuela de Agronomía Universidad de Chile, Santiago. 48 pp. FELMER, R., AND N. BUTENDIECK. 1998. Frecuencia alélica del gen de la k-caseína bovina en un rebaño Frisón Negro Chileno. Archivos de Medicina Veterinaria 30: 145-150. JAKOB, E., AND Z. PUHAN. 1995. Implications of genetic polymorphism of milk proteins on production and processing of milk. International Dairy Federation, Brussels, BELGIQUE. LÓPEZ-VILLALOBOS, N. 2012. Organización entre productores e industria para definir objetivos de selección en bovinos para producción de leche en Nueva Zelandia. Journal of Basic & Applied Genetics 23: 1. MAGOFKE, J., Y H. GONZÁLEZ. 2004. Eficiencia productiva del Holstein de distintos orígenes. Circular de Extensión, Publicación del Departamento de Producción Animal de la Facultad de Ciencias Agronómica. Universidad de Chile 30: 12-20.

MEDRANO, J. F., Y E. AGUILAR-CÓRDOVA. 1990a. Polymerase chain reaction amplification of bovine β‐lactoglobulin genomic sequences and identification of genetic variants by RFLP analysis. Animal Biotechnology 1: 73-77. MEDRANO, J. F. Y E. AGUILAR-CÓRDOVA. 1990b. Genotyping of Bovine Kappa-Casein Loci Following DNA Sequence Amplification. Nature Biotechnology 8: 144-146. NG-KWAI-HANG, K. F., J. F. HAYES, J. E. MOXLEY Y H. G. MONARDES. 1984. Association of Genetic Variants of Casein and Milk Serum Proteins with Milk, Fat, and Protein Production by Dairy Cattle. Journal of Dairy Science 67: 835-840. NG-KWAI-HANG, K. F., H. G. MONARDES Y J. F. HAYES, 1990. Association Between Genetic Polymorphism of Milk Proteins and Production Traits During Three Lactations. Journal of Dairy Science 73: 3414-3420. ODEPA, 2007 Lácteos: Resultados de 2007 y Perspectivas para 2008. Oficina de Estudios y Políticas Agrarias. Departamento de Información Agraria, Santiago. TSIARAS, A. M., G. G. BARGOULI, G. BANOS Y C. M. BOSCOS. 2005. Effect of KappaCasein and Beta-Lactoglobulin Loci on Milk Production Traits and Reproductive Performance of Holstein Cows. Journal of Dairy Science 88: 327-334. VAN EENENNAAM, A., Y J. F. MEDRANO. 1991a. Milk Protein Polymorphisms in California Dairy Cattle. Journal of Dairy Science 74: 1730-1742. VAN EENENNAAM, A., Y J. F. MEDRANO, 1991b Differences in Allelic Protein Expression in the Milk of Heterozygous κ-Casein Cows. Journal of Dairy Science 74: 14911496. VERNEQUE, R., 2012. Objetivo de selecao em bovinos de leite no brasil. Journal of Basic & Applied Genetics 23: 2.