1. Introducción
Los sistemas de producción de carne y doble propósito en el trópico húmedo colombiano poseen ventajas comparativas frente a otros sistemas productivos gracias a la eficiencia reproductiva de las hembras bovinas, sin embargo, se ha observado que en las ultimas 4 décadas, la tasa de fertilidad es cada vez menor, convirtiéndose en la principal causa de descartes y remplazos en los hatos a nivel mundial (Gómez, Reference Gómez1981; Hill, Reference Hill2010; Cummins et al. Reference Cummins, Lonergan, Evans, Berry, Evans and Butle2012; Martinez-Rocha J. Reference Martinez-Rocha2012; Minozzi et al. Reference Minozzi, Nicolazzi, Stella, Biffani and Negrini2013; Nicolini et al. Reference Nicolini, Carriquiry and Meikle2013). La reducción de la capacidad reproductiva se ha atribuido a factores nutricionales, sanitarios, climáticos y en última instancia a características genéticas del grupo racial.
En la Orinoquía Colombiana, las razas criollas Sanmartinero y Casanareño reconocidas localmente por su longevidad, productividad, adaptación a altas temperaturas y elevada humedad, resistencia a parásitos y enfermedades, gran capacidad de desplazamiento, excelente habilidad materna y aprovechamiento de pastos pobres en nutrientes (Sastre, Reference Sastre2003). Gracias a dichas características, éstas razas pueden ser introducidas en climas cálidos y húmedos para mejorar la eficiencia reproductiva.
En ganadería cebú, las altas temperaturas en época de sequía, la elevada humedad relativa en la época de lluvias y la baja nutrición de los forrajes retrasan en las hembras el inicio de la pubertad, la edad al primer parto, aumenta los intervalos entre partos y disminuye el número de crías durante la vida útil de los animales (Hernández et al. Reference Hernández, Góngora, Jiménez, Rodríguez, Prieto, Chacón and Escobar2008; Martinez-Rocha J. Reference Martinez-Rocha2012), aunque también se argumenta que la baja tasa productiva se debe a una falta de control reproductivo (Vergara et al. Reference Vergara, Cerón, Hurtado, Arboleda, Granada and Rúa2008), sin embargo, trabajos realizados por Grajales et al. (Reference Grajales, Hernández and Prieto2006) en condiciones de trópico cálido húmedo sugieren la existencia de variantes genéticas entre y dentro de razas que pueden afectar la edad al primer parto (EPP), el intervalo entre partos (IEP), los días abiertos, reducir el número de descendientes, la vida útil de las vacas y el valor comercial de los animales.
Actualmente, análisis genómicos facilitan la identificación de regiones del genoma asociadas positivamente a características productivas de interés económico. En hembras de raza criolla Colombiana Romosinuano se han reconocido genes del eje Hormona de crecimiento/Factor de crecimiento similar a la insulina tipo I (GH/IGF-I) asociados positivamente como la reducción de la EPP, el IEP (Riley et al. Reference Riley, Chase, Coleman, Olson and Randel2010; Luna-Nevárez et al. Reference Luna-Nevárez, Rincón, Medrano, Riley, Chase, Coleman, DeAtley, Islas-Trejo, Silver and Thomas2012), y protección del embrión al estrés calórico (Hernández-Cerón, Reference Hernández-Cerón, Chase and Hansen2004). Estas características también han sido reconocidas empíricamente en el ganado criollo Sanmartinero y Casanareño, donde las hembras podrían ser utilizadas de manera racional en programas de mejoramiento genético para mejorar la tasa de natalidad al año y de forma práctica mejorar los complejos procesos de conservación de la raza (Bedoya et al. Reference Bedoya, Carvajal, Bermúdez, Moreno, Márque, Davies, Derr, Ossa and Ruíz2001). No obstante, los análisis de genes candidatos para corroborar dichas observaciones y promover un valor agregado a los animales, no se han llevado a cabo. El objetivo de esta revisión es describir las características reproductivas de las razas criollas Sanmartinero y Casanareño que soportan su uso en los sistemas de producción de cría y doble propósito de la Orinoquía colombiana.
2. Productividad de las razas criollas
Las condiciones anuales de temperatura, lluvias, oferta de forraje, el grupo racial y la orientación de la producción, influencian el desempeño reproductivo de las hembras en el hato como consecuencia de la interacción genotipo-ambiente (Lemka et al. Reference Lemka, McDowell, Van Vleck, Guha and Salazar1973; Martin et al. Reference Martin, Brinks, Bourdon and Cundiff1992; Cerón-Muñoz et al. Reference Cerón-Muñoz, Tonhati, Costa, Maldonado and rojas2003; García et al. Reference Garcia, Madonado-Estrada and López2003; Grajales et al. Reference Grajales, Hernández and Prieto2006; Perotto et al. Reference Perotto, Abrahão and Kroetz2006; Vergara et al. Reference Vergara, Botero and Martínez2009; Mejía-Bautista et al. Reference Mejía-Bautista, Magaña, Segura Correa, Delgado and Estrada-León2010; O'Neill et al. Reference O'Neill, Swain and Kadarmideen2010; Castillo-Badilla et al. Reference Castillo-Badilla, Salazar-Carranza, Murillo-Herrera and Romero-Zúñiga2013). No obstante, el comportamiento reproductivo de las razas criollas siempre ha sido superior, al comparar la eficiencia reproductiva de 2 razas Bos indicus de origen indio y dos razas Bos taurus de origen colombiano, las razas BON (blanco orejinegro) y CCC (costeño con cuernos) manejadas en un sistema de pastoreo tradicional con gramíneas nativas en Turipaná (Colombia), y las razas Hariana y Deshi alimentadas con forraje verde y paja de arroz , se demostró que las razas BON y CCC fueron más eficientes reproductivamente que las razas Indias, y alcanzaron edades al primer parto menores de 30 meses e intervalo entre partos de 399 días, frente a 36 meses y 463 días en las razas Hariana y Deshi (Lemka et al.1973). Los autores concluyeron que si bien la oferta de alimento a temprana edad influye en la edad al primer parto, el intervalo entre partos podría estar relacionado con los genotipos (Lemka et al.Reference Lemka, McDowell, Van Vleck, Guha and Salazar1973).
En condiciones de trópico cálido húmedo (Centro de investigaciones Turipaná-Cereté, Córdoba, Colombia) se ha demostrado que la raza criolla colombiana Romosinuano, llega a la pubertad a los 601 días con 315 kg con una tasa de concepción al primer servicio de 95%, mientras que razas cebuinas alcanzan la pubertad a los 713 días con 400 kg de peso y una tasa de concepción del 81.8% en el primer servicio (Grajales et al. Reference Grajales, Hernández and Prieto2006). También advierten que el desempeño reproductivo de la Romosinuano es superior en cuanto a tasa de concepción e intervalo entre partos con respecto a hembras Simmental x Cebú y Holstein x Cebú. En este sentido, las diferencias en la edad de manifestación de la pubertad entre razas se puede atribuir a efectos aditivos de genes presentes en diferentes frecuencias (Martin et al.Reference Martínez-Correal1992).
Una evaluación del efecto genético directo que posee la raza Romosinuano para reducir la EPP, llevada a cabo en la estación de Investigación en Agricultura subtropical (USDA-ARS) Brooksville-Florida (EU), demostró que el Romosinuano (R) presento edades más tempranas para primer parto frente al Angus (A) y Brahman (B) (489 días vs. 537 y 600 días, respectivamente). Adicionalmente, en los cruces RB y AR (primera letra raza paterna), las edades del primer parto disminuyeron significativamente (471 y 409 días, respectivamente) (Riley et al. Reference Riley, Chase, Coleman, Olson and Randel2010).
El análisis del F1 Sanmartinero x Cebú, este posee ventajas en natalidad del 12.6%, sobrevivencia de 6.9% y produjo 41.6% más carne que el Cebú puro en estudios llevados a cabo en el centro de investigaciones la Libertad (Villavicencio, Colombia). Con respecto a la EPP, la heterosis fue de -5.2% y para IEP de -6.6% (Sastre, Reference Sastre2003). En el mismo centro de investigaciones, se estimó una EPP de 2.71 años para la raza Sanmartinero, con heredabilidad de 0.34 (Martínez-Villate et al. Reference Martínez-Villate, Martínez-Correal and Manrique-Perdomo2009).
En la raza Casanareño, los parámetro zootécnicos reportados por Sastre (Reference Sastre2003) fueron: Preñez 87.6%, natalidad 82.6%, mortalidad en neonatos 1.0%, mortalidad en jóvenes 0.7%, Edad al primer servicio 25 meses, Edad al primer parto entre 34 a 36 meses e Intervalo entre partos 353–425 días. Parámetros registrados por la raza en condiciones de sabana inundable, muy superiores a los reportados en Cebú en la misma ecorregión, que dejan en evidencia su superioridad reproductiva.
3. Importancia biológica del eje Hormona de crecimiento / Factor de crecimiento similar a la Insulina (GH/IGF-I)
El eje hormonal GH/IGF (Growth Hormone – Insulin like Growth Factor) a nivel celular, se ha relacionado con crecimiento, diferenciación y expresión genética (Sánchez de Gómez, Reference Sánchez de Gómez2006). A nivel reproductivo, interviene en procesos como foliculogénesis, estereidogénesis y desarrollo embrionario (Luna-Nevárez et al. Reference Luna-Nevárez, Rincón, Riley, Chase, Medrano, VanLeeuwen, Silver and Thomas2009).
Características reproductivas como EPP e IEP han sido asociadas a QTLs (quantitative trait loci) localizados en los cromosomas 5 y 16 del bovino (BTA5 y BTA16), particularmente en hembras tipo carne adaptadas a condiciones tropicales y subtropicales: Brahman (Hawken et al. Reference Hawken, Zhang, Fortes, Collis, Barris, Corbet, Williams, Fordyce, Holroyd, Walkley, Barendse, Johnston, Prayaga, Reverter and Lehnert2012), Brangus (Fortes et al. Reference Fortes, Snelling, Reverter, Nagaraj, Lehnert, Hawken, DeAtley, Peters, Silver, Rincon, Medrano, Islas-Trejo and Thomas2012) y Romosinuano (Luna-Nevárez et al. Reference Luna-Nevárez, Rincón, Medrano, Riley, Chase, Coleman, DeAtley, Islas-Trejo, Silver and Thomas2012). Estas características podrían estar reguladas por los genes IGF-I, el receptor de la hormona de crecimiento GHR, proteínas de enlace del IGF: IGFBP, el transductor de señal y activador de la transcripción STAT y el supresor de señales SOCS (Luna-Nevárez et al. Reference Luna-Nevárez, Rincón, Medrano, Riley, Chase, Coleman, DeAtley, Islas-Trejo, Silver and Thomas2012).
Desde el punto de vista fisiológico, la hormona de crecimiento estimula la síntesis hepática de IGF-I. Las IGFBP, regulan su biodisponibilidad, mientras que STAT, activan procesos enzimáticos para la síntesis y SOCS, inhibe su secreción en condiciones de estrés (Luna-Nevárez et al. Reference Luna-Nevárez, Rincón, Medrano, Riley, Chase, Coleman, DeAtley, Islas-Trejo, Silver and Thomas2012).
Bajo restricción nutricional proteica, ratones con silenciamiento específico del gen IGF-I LID (Liver-specific IGF-I gene deficient), pusieron en evidencia alteraciones en la producción de IGF-I en hígado. Las deficiencias nutricionales alteran la señalización de GH corriente abajo del receptor GHR que inhibe la actividad de JAK2-STAT5 por GH y la sobre expresión de SOCS-3, reduciendo los niveles de expresión de IGF-I en animales malnutridos (Sánchez de Gómez, Reference Sánchez de Gómez2006).
En el ovario, la expresión de RNA mensajero (RNAm) de receptores para hormona de crecimiento, la producción local de IGF y de IGFBP, tiene un importante papel en el desarrollo folicular y función del cuerpo lúteo (Schams et al. Reference Schams, Berisha, Kosmann, Einspanier and Amselgruber1999; Rhoads et al. Reference Rhoads, Meyer, Kolath, Lamberson and Lucy2008). En estudios realizados en Fleckvieh-Alemania, indicaron que existe una correlación positiva entre la expresión de RNAm de GHR en células de la granulosa de folículos preovulatorios y en células luteales al inicio de la formación del cuerpo lúteo (entre el 5 y 7día). Mientras que el RNAm de IGF-I se evidencio en las células intersticiales de la teca hacia el final del crecimiento folicular, esto también indica la presencia de IGFBP en las células intersticiales de la teca y de la granulosa, llegando a ser muy fuerte la expresión de IGFBP 3, 4 y 6 en células de la teca cuando el estradiol alcanza una concentración entre 20 y 180 ng/ml en el fluido folicular y de IGFBP 4 en células de la granulosa cuando el estradiol sobrepasa los 20 ng/ml en el fluido folicular (Schams et al. Reference Schams, Berisha, Kosmann, Einspanier and Amselgruber1999).
En útero, la expresión de RNAm de GHR y IGF-I no es tan marcada como en el cuerpo lúteo y folículo dominante (Rhodas et al. Reference Rhoads, Meyer, Kolath, Lamberson and Lucy2008), sin embargo, Walenkamp y Wit (Reference Walenkamp and Wit2007) reportaron en humanos y en ratones, que las deficiencias en los niveles de expresión de IGF-I debidas a polimorfismos en la región promotora del gen están asociadas a la reducción del peso y la talla al nacimiento. En bovino criollos Sanmartinero, se ha reportado que los pesos al nacimiento son menores con respecto a otras razas europeas y cebuinas. Sin embargo, esta característica ha sido relacionada con una involución uterinas temprana que permite a las hembras disminuir días abiertos (Martínez, Reference Martínez-Correal2000).
4. Genes candidatos
Los genes candidatos son genes con función biológica conocida que regulan directa o indirectamente procesos de desarrollo de rasgos de interés (Parra y Sifuentes, Reference Parra and Sifuentes2012). Se usan como marcadores moleculares para estimar parámetros de diversidad genética pecuaria, lo que facilita el descubrimiento y la localización de una región dentro de un genoma que codifica para uno o más genes con efecto significativo sobre un carácter cuantitativo (Parra y Sifuentes, Reference Parra and Sifuentes2012). Estos análisis han demostrado ser extremadamente poderosos para el estudio de la arquitectura genética de rasgos complejos como fertilidad y resistencia a enfermedades (Zhu y Zhao, Reference Zhu and Zhao2007).
4.1 Gen PAPP-A2
El gen PAPP-A2, transcribe para la Pappalisina-2, una metalo-proteína que degrada la proteína de enlace del IGF-5 (IGFBP-5), facilitando la liberación del IGF1, quien se encarga de regular múltiples funciones relacionadas con la reproducción y el crecimiento (Wickramasinghe et al. Reference Wickramasinghe, Rincon and Medrano2011; Luna-Neváres et al. Reference Luna-Nevárez, Rincón, Medrano, Riley, Chase, Coleman, DeAtley, Islas-Trejo, Silver and Thomas2012).
En hembras Romosinuano, un polimorfismo (T) en el gen PAPP-A2, fue significativamente (p < 0.05) asociado con reducción de la EPP (−37,1 ± 14.4 días) y edad al segundo parto (−65,43 ± 30.8 días), demostrando un efecto de sustitución alélica y un efecto aditivo de los alelos (Luna-Nevárez et al. Reference Luna-Nevárez, Rincón, Medrano, Riley, Chase, Coleman, DeAtley, Islas-Trejo, Silver and Thomas2012).
En ganado Holstein, 19 SNP han sido encontrados en PAPP-A2. Los genotipos TT para SNP13, TT en SNP15 y GG en SNP16, han sido significativamente (p < 0.05) asociados a facilidad de parto, tasa de preñes, vida productiva, producción de leche y de grasa. El SNP13 está a 15 pb de un sitio donador de corte y empalme alternativo (splice), mientras que el SNP15 a 104 pb de una región splice receptora y la sustitución no sinónima A/G del SNP16 cambia la Glicina1254 por ácido aspártico (Wickramasinghe et al. Reference Wickramasinghe, Rincon and Medrano2011).
En humanos, esta metaloproteina Pappalisina-2, recientemente descubierta, tiene un homologo, la PAPP-A, pero exhibe la misma actividad proteolítica sobre IGFBP-5 y IGFBP-3. Aunque no sobre la IGFBP-4 que es el sustrato para PAPP-A. Ambas están relacionadas con la inhibición o estimulación de la actividad del IGF 1 y 2 (Wang et al. Reference Wang, Qui, Haider, Bell, Gruslin and Christians2009; Conover et al. Reference Conover, Boldt, Bale, Clifton, Grell, Mader, Manson and Powell2011). La proteína PAPP-A juega un papel importante en el desarrollo fetal y su deficiencia en humanos puede indicar riesgo de desórdenes genéticos como los síndromes de Down y Cornelia de Lange; mientras que en ratones, implica retardado y deficiente desarrollo fetal. La PAPP-A2 humana se ha relacionado con desordenes hipertensos durante la preñez, preclamsia, hemolisis, elevación de enzimas hepática y el síndrome de plaquetas bajas (Wang et al. Reference Wang, Qui, Haider, Bell, Gruslin and Christians2009).
4.2 Gen STAT2 Gene ID: 511023
Los factores de transducción y activadores de la transcripción están involucrados en eventos biológicos diversos como programación de la expresión génica, desarrollo embrionario, muerte celular programada, organogénesis, respuesta inmune innata y adaptativa. Luna-Neváres et al. (2009 y 2012) hallaron en el promotor del gen STAT2 un polimorfismo (A/T) asociado con los días de gestación e intervalo entre partos en Bos taurus y Bos indicus. STAT2 (signal transducer and activator of transcription 2) (http://www.ensembl.org/Bos_taurus), de 24 exones, 23 transcriben para proteínas de la familia traductora de señales y activadora de la transcripción. STAT2 estaría involucrado en el proceso de reconocimiento materno del embrión en la etapa de pre-implantación (Bauersachs et al. Reference Bauersachs, Susanne, Gross, Schmidt, Meyer, Wenigerkind, Vermehren, Sinowatz, Blum and Wolf2006; Luna-Neváres et al. Reference Luna-Nevárez, Rincón, Riley, Chase, Medrano, VanLeeuwen, Silver and Thomas2009), donde luego de la unión del Interferon-Tau a los receptores tipo I de IFN endometriales, el complejo STAT2 se une a elementos de respuesta ubicados en los promotores de genes regulados por el interferón, ISRE (Interferon-stimulated response element) (Bauersachs et al. Reference Bauersachs, Susanne, Gross, Schmidt, Meyer, Wenigerkind, Vermehren, Sinowatz, Blum and Wolf2006; Steen and Gamero, Reference Steen and Gamero2013).
4.3 Gen IGF1 Gene ID: 281239
En bovinos, IGF1 ha sido asociado con la edad al primer parto, reanudación de la actividad ovárica posparto, tasa de concepción al primer servicio, ovulación doble y pre-implantación embrionaria (Mullen et al. Reference Mullen, Lynch, Water, Howard, O'Boyle Kenny, Buckley, Horan and Diskin2011).
En hembras no gestantes, los receptores para IGF1 se encuentran en las células de la granulosa del ovario, donde actúa como un mecanismo de amplificación local para acción de las gonadotropinas facilitando el desarrollo folicular. En bovinos, el IGF1 aumenta la liberación de LH sin modificar los receptores para GnRH (Lenz et al. Reference Lenz, Ramírez and Uribe2007). Sin embargo, en vacas lecheras posparto la baja concentración de IGF1 circulante está relacionado con el desarrollo de ovarios inactivos, quistes foliculares y cuerpo lúteo persistente (Velázquez y Oropeza, Reference Velázquez and Oropeza2007; Nicolini et al. Reference Nicolini, Carriquiry and Meikle2013). Mientras que en ganado de carne, los estudios han demostrado que la ovulación se encuentra significativamente afectada por la concentración sanguínea de IGF1 independiente de la secreción de gonadotropinas (Velázquez y Oropeza, Reference Velázquez and Oropeza2007).
La elevación plasmática del IGF-1 es importante no solamente para el desarrollo folicular, también promueve de forma directa la supervivencia de espermatozoides y del embrión precoz, o indirecta al aumentar las secreciones del oviducto y el útero (Lenz et al. Reference Lenz, Ramírez and Uribe2007). En las vacas gestantes, el IGF1 aumenta la proporción de implantación embrionaria y modifica la expresión genética del blastocito, además puede proveer resistencia al choque térmico y al estrés oxidativo a embriones pre-implantados de 4 a 6 días. In vitro, mejora la supervivencia embrionaria luego de ser transferidos dentro de recipientes para medir resistencia a estrés por calor (Bonilla et al. Reference Bonilla, Oliveira, Ozawa, Newsom, Lucy and Hansen2011).
Uno de los polimorfismos más estudiado en ganado lechero es el IGF1/SnaBI que ha sido asociado a características de producción lechera. No obstante, también se ha considerado como un SNP marcador de características de fertilidad en hembras Holstein-Friesian (Mullen et al. Reference Mullen, Lynch, Water, Howard, O'Boyle Kenny, Buckley, Horan and Diskin2011; Nicolini et al. Reference Nicolini, Carriquiry and Meikle2013).
En trabajos realizados por Nicolini et al. (Reference Nicolini, Carriquiry and Meikle2013), el cambio en la base 512 de T a C (512 T/C) que se encuentra en la región promotora del gen, genera 3 genotipos: AA (TT), AB (TC) y BB (CC). El genotipo AA, esta significativamente asociado con la reactivación de la actividad cíclica del ovario, independiente de la condición corporal y balance energético de las vacas posparto Holstein-Friesian en sistema de pastoreo.
4.4 Gen GHR Gene ID: 280805
La hormona de crecimiento (GH: growth hormone) es un péptido secretado por la glándula pituitaria y se reconoce como la mayor reguladora del crecimiento y metabolismo de carbohidratos y proteínas (Grace, Reference Grace2012). En humanos, su exceso puede resultar en enfermedades como acromegalia o resistencia a la insulina. Su deficiencia en jóvenes termina en fallas en el crecimiento y corta estatura, mientras que en adultos en problemas como obesidad o disminución de la masa muscular (Grace, Reference Grace2012). Estas respuestas son usualmente mediadas por su unión a los receptores de la GH (GHR) en el hígado (Shoba et al. Reference Shoba, An, Frank and Lowe1999). El GHR (growth hormone receptor), es un miembro de la superfamilia de receptores citoquinas y es clasificado como un receptor de citokina tipo I (Grace, Reference Grace2012).
En trabajos realizados por Rhoads et al. (Reference Rhoads, Meyer, Kolath, Lamberson and Lucy2008) se evidencio que la expresión de los GHR en el cuerpo lúteo están positivamente relacionados con la expresión de IGF1 y esta expresión aumenta con el número de partos, encontrando mayor expresión en vacas de tercer parto que en vacas de segundo parto.
Luna-Neváres et al. (Reference Luna-Nevárez, Rincón, Medrano, Riley, Chase, Coleman, DeAtley, Islas-Trejo, Silver and Thomas2012) encontraron un polimorfismo (A/G) en la región promotora del gen GHR que se asoció a disminución de EEP por su acción reguladora en la expresión del IGF1.
5. Conclusión
Las razas criollas colombianas como Sanmartinero y Casanareño se adaptaron a las altas temperaturas en época de sequía y elevada humedad relativa durante las lluvias en la Orinoquía, aprovechan mejor los recursos disponibles para producir más terneros por finca que en última instancia aumenta los kilogramos de carne producida por hectárea. Sin embargo, en Colombia, los trabajos genéticos sobre razas criollas, aun no incluyen el análisis de genes candidatos que soporten la superioridad genética en características de baja heredabilidad y alto interés económico como las reproductivas. La caracterización genética del comportamiento reproductivo de estas razas, solo por conservar el recurso, no es en sí mismo una razón para conservar, la estrategia es dar la oportunidad de optimizar los sistemas de producción de alimentos de origen animal y suplir las demandas de la creciente población humana, razón por la que se requiere caracterizar genéticamente las razas criollas Sanmartinero y Casanareño. El genoma bovino ya está en base de datos, los genes candidatos existen y los parámetros fenotípicos sobre la superioridad reproductiva de las razas criollas bajo condiciones ambientales colombianas también están reportadas, solo resta identificar genes candidatos del eje GH/IGF y su relación con el potencial genético y reproductivo de dichas razas.
