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INTRODUCCIÓN
Desde la llegada de los cerdos a América en el siglo XVI y su distribución a lo largo del nuevo mundo, ya sea la selección natural o artificial, ha modelado la diversidad de las poblaciones actuales. Burgos-Paz et al. (2013) describieron como el medio ambiente ha influido en las diferencias de fenotipos entre los cerdos de las tierras altas del Perú, con respecto a aquellos que habitan tierras bajas o tropicales. Teniendo en cuenta la amplia gama de climas en América, y particularmente en las costas, algunas poblaciones porcinas tienen un crecimiento en tamaño y relevancia para las comunidades humanas. Es el caso de los cerdos negros lampiños de Yucatán (NLY); esta raza de cerdo tiene particularidades fenotípicas: piel negra, sin pelo, sin manchas, pezuña negra y hocico recto; con una importante participación en la seguridad alimentaria en las poblaciones rurales humanas (Lemus y Alonso, 2005).
El Sistema de Información sobre la Diversidad Animal de la FAO (DAD-IS, 2020), consideró que esta raza estaba en peligro de extinción, sin un programa de conservación, y es un valioso recurso genético animal que puede contribuir a la seguridad alimentaria en las comunidades rurales; así como un reservorio de diversidad genética (Lemus-Flores et al., 2001; Scarpa et al., 2003). Además se desconoce el estado del 38% de las razas de cerdos en todo el mundo (FAO, 2019).
Este biotipo lampiño procede de cerdos ibéricos (Sus mediterraneus), de origen africano; introducidos en todas las regiones del sur de Europa (Benítez y Sánchez, 2001). Posteriormente se introdujeron en América en el segundo viaje de Cristóbal Colón, en 1493 (Ogata, 2019). Los cerdos NLY son una variación genética de los cerdos criollos (Su et al., 2014) y dividen en dos líneas genéticas; uno ubicado en poblaciones en el Golfo de México y la otra población está presente en la costa del Pacífico mexicano (Lemus-Flores et al., 2001); se le llama pelón mexicano, lampiño o lampiño tropical. Se consideró que estaban en peligro de extinción, debido a cruces no planificadas con líneas comerciales de genotipos magros. A pesar de que NLY están ampliamente distribuidos en la península de Yucatán de México, con un manejo técnico bajo-medio; hoy en día, algunos criadores de cerdos han encontrado una manera valorada de criarlo, pero la información disponible es limitada sobre la estructura de la población o pedigrí.
Con el objetivo de obtener un programa de reproducción ordenado, se evaluó una amplia población de NLY, utilizando chip SNP50K comercial para estimar la diversidad y estructura poblacional real; así como sus relaciones genéticas para la futura selección de pie de cría distante de raza comercial.
MATERIAL Y MÉTODOS
Animales y análisis de genotipos
De una población total de 560 cerdos negros lampiños de Yucatán (NLY) de 49 granjas, ubicadas desde Mérida hasta Tizimín del estado de Yucatán-México; se eligieron 104 adultos reproductores de 2 a 3 años de edad (17 sementales y 87 cerdas), considerando fenotípicamente rasgos de ausencia de pelo (lampiños), piel negra, sin manchas, pezuña negra y hocico recto. Adicionalmente, se utilizó información sobre el origen de las cerdas o sementales, para reducir cualquier parentesco entre las muestras. Además, ocho cerdas Duroc fueron muestreadas como población de referencia y utilizadas para evaluar la introgresión en los cerdos de Yucatán.
Este estudio tiene registro SIP18-076 de la Universidad Autónoma de Nayarit y convenio con el Parque Científico y tecnológico de Yucatán. Para la toma de muestras de sangre, se siguieron las recomendaciones de las Normas Oficiales NOM-051-ZOO-1995 sobre el tratamiento humanitario de animales, y NOM-062-ZOO-1999 de las especificaciones técnicas para la producción, el cuidado y el uso de animales de laboratorio. La extracción y genotipado de ADN genómico de las muestras de sangre, se realizó en la empresa NEOGEN (www.neogen.com). Para el genotipado de SNP, se utilizó el porcine-GGP-50K que identifica un total de 50.967 SNP (GeneSeek Genomic Profiler Porcine).
Control de calidad de los genotipos SNP (Polimorfismo de nucleótido simple)
El control de calidad de datos de los SNP se realizó utilizando PLINK v1.9 (Purcell et al., 2007). Los SNP con polimorfismos < 0.10 y MAF (Frecuencia de alelo menor) <0.01, se excluyeron. Fueron retenidos 42840 SNP para su posterior análisis de la estructura de la población y la diversidad genética.
Análisis estadístico
Análisis de estructura poblacional
En primer lugar, se realizó un análisis de la estructura de la población para identificar las subpoblaciones en cerdos NLY con el software Admixture 1.3 (Alexander et al., 2009). El Análisis de Componentes Principales (ACP) se obtuvo con PLINK v2.1 (Chang et al., 2015) y se construyó un gráfico utilizando el software Minitab v15 para visualizar las distancias genéticas entre las subpoblaciones de NLY y la raza Duroc.
Diversidad Genética
Para cada subpoblación del cerdo NLY y Duroc se calculó la frecuencia de alelo menor (MAF), la Heterocigosidad observada (Ho), la consanguinidad (F) y el índice de fijación de individuos dentro de las subpoblaciones (Fis) con el programa PLINK v1.9 (Pursell et al., 2007). La t (tasa de cruce o índice de alogamia) se calculó según Weir (1990). Para comparar las subpoblaciones de cerdos NLY y Duroc se usaron Análisis de Varianza de un solo criterio de clasificación (SPSS v20, 2011).
Regiones SNP candidatas
Con PLINK v1.9 (Pursell et al., 2007) para toda la población del cerdo NLY vs Duroc se calculó la asociación para identificar SNP con diferencias. Las anotaciones genéticas dentro de las regiones candidatas se obtuvieron utilizando la anotación preliminar del ensamblaje 10.2, proporcionada por e-ensembl (Groenen et al., 2012). La sobre representación de las categorías de Gene Ontology (GO) se determinó con la base de datos Gene Ontology (Ashburner et al., 2000).
RESULTADOS
Estructura poblacional
La primera estructura de la población se realizó a una validación cruzada de 10 veces, para elegir el mejor valor de K; el valor de K=4 mostró el error de validación cruzada más bajo (0.584). Según el análisis Admixture, la población de NLY se estructura en tres subpoblaciones (tabla 1).
Tabla 1 Composición de clúster predicha mediante ADMIXTURE (K4).
| ||||
| DUR | YUC1 | YUC2 | YUC3 | |
| DUR | 0.99997 | 0.03532 | 0.00363 | 0.02726 |
| YUC1 | 0.00001 | 0.69764 | 0.18677 | 0.18429 |
| YUC2 | 0.00001 | 0.08993 | 0.64234 | 0.07703 |
| YUC3 | 0.00001 | 0.17711 | 0.16726 | 0.71142 |
YUC1, YUC2 y YUC3 subpoblaciones de cerdo negro lampiño de Yucatán. DUR población de raza Duroc. Los valores por columna de cada raza indican la proporción de otras razas.
Con el ACP se observa que la subpoblación YUC2 es la más alejada de la raza Duroc, siendo más cercanas YUC1 y YUC3 al compartir más componente genético de Duroc (gráfica 1).
Diversidad genética
Valores positivos de Fis indican consanguinidad, es mayor si se aproxima a 1; corresponde a la reducción global de heterocigosidad observada respecto a lo esperado en su población; en la subpoblación YUC3 es menor el valor Fis, F y mayor la Ho, indicando mayor diversidad genética (tabla 2).
Tabla 2 Diversidad genética del cerdo negro lampiño de Yucatán y de raza Duroc
| YUC1 | YUC2 | YUC3 | Duroc | eem | |
|---|---|---|---|---|---|
| Muestras | 70 | 14 | 20 | 8 | |
| Media MAF | 0.260a | 0.216c | 0.247b | 0.202d | 0.025 |
| Consanguinidad (F) | 0.039ª | 0.067ª | -0.006b | 0.079ª | 0.011 |
| Ho | 0.328b | 0.305b | 0.359ª | 0.301b | 0.011 |
| Fis | 0.079ª | 0.142ª | -0.007b | 0.158ª | 0.021 |
| Índice de alogamia (t) | 0.870b | 0.782b | 1.0278a | 0.729b | 0.027 |
MAF, frecuencia de alelo menor. Ho, Heterocigosidad observada. Fis, índice de fijación subpoblacional. eem, error estándar medio. Diferentes letras en las filas indican diferencias estadísticas entre las poblaciones (ANOVA, p<0.05).
Una población se aproxima a apareamiento aleatorio si el valor de t se acerca a 1, cuando es mayor a 1 hay exceso de heterocigotos y cuando el valor es cero todos los individuos son homocigotos; en la subpoblación YUC3 se aproxima a 1, siendo menor en las demás subpoblaciones YUC1, YUC2 y Duroc.
Regiones SNP candidatas
En el análisis de asociación entre toda la población de NLY vs Duroc para identificar diferencias, se identificaron 226 SNP con valores de p<1.21E-50 a p< 6.4E-20, de los cuales solo 93 SNP se identificaron asociados a genes y procesos biológicos (tabla 3).
Tabla 3 Procesos biológicos, genes e información de los SNPs que presentaron mayor diferenciación entre NLY vs Duroc
| Proceso biologico | Cromosoma | Variantes | Genes identificados |
|---|---|---|---|
| Diferenciación de células epiteliales, la morfogénesis y el desarrollo del epitelio | 2 | rs81223208 | EHF |
| 7 | rs80830437, rs331746636, rs81222725, rs81398056, rs325625775 | DST, PDEA8A, FOXA1 | |
| 14 | rs80785304, rs345768654 | VCL | |
| Metabolismo de nutrientes | 2 | rs713429023 | PDHX |
| 3 | rs81317284 | ST6GAL2 | |
| 6 | rs81390019, rs81390069, rs81390070, rs81390137, rs81285728, rs81317489, rs81226716, rs81318326, rs81475823 | PABPC4, HPCAL4, MFSD2A, MC2R, MPPE1, IMPA2, PTPN2 | |
| 7 | rs80793059, rs342597254, rs80868794, rs80837023, rs80951652, rs80986501, rs80845345, rs80850402 | GCLC, ADAMTSL3, HOMER2, UNC45A | |
| 13 | rs81448371 | PDIA5 | |
| 14 | rs339061874, rs328957349, rs345309524, rs80889570, rs80895748, rs80897302 | CFAP70, CHCHD1, ADK, DUSP13 | |
| 15 | rs81241812 | ACSL1 | |
| X | rs327444342, rs322147119, rs81474003 | FAM58A, BRCC3 | |
| Transportes de nutrientes | 1 | rs328115005 | VPS39 |
| 6 | rs81389915, rs329679425, rs81389921, rs81251860, rs81389936, rs81389948, rs81389955 , rs81389959, rs81262099, rs81211910, rs81390112 | MACF1,TRIT1 | |
| 12 | rs81261131 | PITPNC1 | |
| 14 | rs81451083, rs81451108 | MICU1, CAMK2G | |
| 15 | rs343808632 | TRAK2 | |
| 18 | rs81471732 | SLC13A4 | |
| x | rs326399484, rs337683495, rs81473903, | VMA21, PASD1, ZNF185 rs81473906, rs80784223, rs80910586 | |
| Inmunidad | 6 | rs341367004, rs81306790 | RNMT |
| 7 | rs81398013, rs80837723, rs80805016, rs80976160, s80849899 | IL6 | |
| 15 | CTLA4 | ||
| X | rs328334089, rs327024720, rs336767148 | IL1RAPL2 | |
| Desarrollo muscular, esquelético y embrionario. | 4 | rs326729657 | ARNT |
| 6 | rs81389986, rs339432830 | BMP8B, MYOM1 | |
| 7 | rs80816179, rs81398046 | TM6SF1, CPEB1 | |
| 8 | rs81476832 | TSPAN5 | |
| 9 | rs81305287 | PRRC2C | |
| 14 | rs327184000 | P4HA1 | |
| 15 | rs80949190 | SATB2 | |
| x | rs81474001 | VBP1 | |
| Sinapsis y receptores | 3 | rs81370102 | SLC5A7 |
| 6 | rs81337627 | GRIK3 | |
| 18 | rs322407819 | GRM8 | |
| x | rs330548482, rs322056532, rs325753884, rs80918182 | GABRA3, GABRQ |
Considerando el número de SNP diferentes entre NLY vs Duroc, en los cromosomas 6, 7, X y 14 es en donde mayor número se identificaron (tabla 4).
DISCUSIÓN
La muestra de 104 NLY elegida para el estudio, fueron sin pelo, de piel negra, sin manchas, pezuña negra y hocicos rectos para evitar variación fenotípica. El análisis ADMIXTURE los subdivide en tres subpoblaciones. La introgresión de la raza Duroc es muy baja en las tres subpoblación de NLY identificadas (YUC1, YUC2 y YUC3) de 0.00363 a 0.03532, similar a la del cerdo Pampa Rocha de Uruguay (Montenegro et al., 2015), menor que la de otros cerdos criollos de América, en los que el componente Duroc tiene un promedio de 0.15, y va de 0.00 (US Yucatán) a 0.45 (Moura Brasil) (Burgos-Paz et al., 2013). El cerdo lampiño del pacífico mexicano tiene 0.20 de componente Duroc (Lemus et al., 2001).
La separación de tres subpoblaciones en NYL y la baja introgresión de Duroc, coincide con lo observado por Burgos-Paz et al. (2013), donde los cerdos modernos de las Américas son el resultado de muchos eventos independientes de colonización, pero también a desafíos del medio ambiente; ya que estos cerdos NLY están aislados geográficamente, distantes de cerdos comerciales y de cerdos lampiños, ubicados en costas del Pacífico y del Golfo de México. No existe evidencia de un programa de selección artificial o cruzamiento con razas comerciales en la península de Yucatán.
Existe diferencia en la diversidad genética entre las subpoblaciones de NLY; en YUC3 es mayor, acercándose a apareamiento aleatorio. Es probable que individuos de YUC1, YUC2 y Duroc presenten apareamientos de individuos con mayor cercanía genética en cada subpoblación, lo que ocasionó el aumento de F y Fis. Con la información generada, es posible realizar una programación de los apareamientos en las subpoblaciones, para generar más diversidad genética y evitar la pedida de variabilidad como sucede en poblaciones Ibéricas (Esteve et al., 2013). Es importante considerar la afirmación de Yang et al. (2017), indicando que poblaciones con alto Fis, normalmente tienen una baja diversidad de haplotipos.
Al identificar 93 SNP que son diferentes entre poblaciones de NLY vs Duroc, de acuerdo a sus frecuencias alélicas extremas, mayor frecuencia en Duroc y menor en NLY, podemos emplearlos como marcadores. Según Yan et al. (2017), la domesticación y la selección artificial, han dado lugar a una amplia gama de fenotipos entre razas de cerdos domésticos, que difieren de sus parientes silvestres; y que estos están relacionados con el comportamiento, tamaño del cuerpo, fertilidad, capacidad de locomoción y adaptación a la alimentación proporcionada por los seres humanos. Por lo tanto, es importante detectar loci genéticos, que podrían estar involucrados en la transición de salvaje a doméstico.
Considerando que los cerdos americanos son en parte de origen ibérico (Burgos-Paz et al., 2013), entonces el NLY es fenotipicamente similar al lampiño Ibérico, por lo que su pelaje es predominantemente negro y no hay cerdos blancos; sin embargo, al igual que Ramírez et al. (2015), no había SNP relacionados con el gen MC1R, lo que habría permitido considerar el color rojo o negro de la capa. Se identificaron ocho SNP asociados a diferenciación de células epiteliales, morfogénesis y desarrollo del epitelio; con cinco genes que podrían ser estudiados como candidatos para el fenotipo lampiño.
En este estudio no se coincide con Su et al. (2014), que proponen al gen BAMB1 como fuerte candidato de lampiño; este gen no fue diferente entre poblaciones de NLY y Duroc (p<0.35), con frecuencias alélicas muy similares. Con Burgos-Paz et al. (2013) se coincide con genes de la familia PDE, ellos reportan que en cerdos criollos de América se identifican los genes PDE10A y PDE11A; aquí se reporta el gen PDE8A. Esteve et al. (2013) en cerdos lampiños ibéricos reporta al gen FOXP1 como gen candidato implicado en la diferenciación de células epiteliales, queratinización y formación de folículos pilosos. En este estudio se identificó al gen FOXA1, que es de la misma familia, identificado también por Yang et al. (2017), que lo asocia a cerdos Europeos y lo relaciona con metabolismo de proteínas, glucosa o ácidos grasos. Para metabolismo de lípidos Esteve et al. (2013) reportan ocho genes candidatos, no se encuentran en su reporte PDHX, MFSD2A y ACSL1 que en este estudio se identificaron; pero para respuesta inmune se coincide con estos investigadores en el gen IL1RAPL2, ubicado en el cromosoma X y IL6 del cromosoma 7. En el cromosoma 6 se identificaron la mayor cantidad de SNP (27), que se involucran en la mayoría de las funciones biológicas. En este cromosoma, para transporte de nutrientes se identificaron diez SNP, para el gen MACF1 (microtubule-actin crosslinking factor 1), identificado en humanos y ratones como esencial para el desarrollo embrionario, para mantener el sistema neuronal y la integridad de la piel (Kang, et al., 2020).
Para el desarrollo muscular y esquelético, el SNP BMP8B se han reportado como gen importante para características de crecimiento y desarrollo embrionario (Xiu-Kai et al., 2013; Ying et al., 2000). Para sinapsis y receptores, se identificaron cuatro genes que se relacionan con trastornos cerebrales y nerviosas en humanos; lo que es una oportunidad de este cerdo para usarlo como modelo biomédico. El gen GRM8 también fue reportado por Kwonm et al. (2019) en cerdo miniatura Yucatán, asociado a enfermedades nerviosas en humanos; de igual forma el gen GABRA3 se le asocia a enfermedades epilépticas (Niturad et al., 2017), al gen SCL5A7 se asocia con el síndrome congenital miasténico tipo 20 (Pardal-Fernández et al., 2018) y al GRIK3 en procesos neurofisiológicos.
El alto número de SNP identificados como diferentes entre NLY y Duroc, puede atribuirse a la ausencia de selección y de cruzamiento con raza Duroc. Si bien se necesitan más estudios para validar el papel de los genes que se identificaron, estos hallazgos confirman que la domesticación y la evolución es diferente entre cerdos Duroc y NLY.
CONCLUSIÓN
En este primer estudio con SNP50K en cerdos NLY se identifica la diferencia genética de este cerdo, en comparación con el cerdo Duroc, proporcionando información genética útil para la conservación de este recurso genético local. NLY está distante de Duroc, con diferente estructura poblacional, diversidad genética y diferentes genes que implican procesos biológicos importantes, que pueden ser útiles en la selección racial y programa de diferenciación.
