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Abstract This study aims to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) within KRTAP genes in alpacas (Vicugna pacos), which play a fundamental role in defining their physico-mechanical properties and potentially the quality of alpaca fiber, the primary product of their breeding. Thirty-four KRTAP genes, as annotated in the reference genome VicPac3.1, were investigated. Utilizing the reference genome, along with nine additional genomes and reads from 300 reduced representation DNA libraries of alpacas, SNPs were identified. Minor allele frequency (MAF) and genotyping rates were computed using PLINK software, while Illumina Scores were determined for each SNP using Illumina Design Studio software. Markers meeting the criteria of MAF ≥ 0.05, genotyping rate > 45%, and Illumina Score ≥ 0.6 per SNP were selected. A total of 67 SNPs were identified within intronic, exonic, and untranslated regions of KRTAP genes. Among these, 35 SNPs were incorporated into the 76K Alpaca SNP microarray, with 32 SNPs subsequently validated in a population of 936 alpacas. In conclusion, our findings delineate SNPs within KRTAPs that hold potential utility in genome-wide association studies, thereby facilitating the integration of modern breeding technologies into alpaca breeding programs.
Resumen Este estudio tiene como objetivo identificar polimorfismos de nucleótido simple (PNSs) dentro de los genes KRTAP en alpacas (Vicugna pacos), que juegan un papel fundamental en la definición de sus propiedades físico-mecánicas y la calidad de la fibra de alpaca, producto principal de su crianza. Se investigaron treinta y cuatro genes KRTAP, tal como están anotados en el genoma de referencia VicPac3.1. Utilizando el genoma de referencia, junto con nueve genomas adicionales y lecturas de 300 bibliotecas de representación reducida de ADN de alpacas, se identificaron los PNSs. La frecuencia de los alelos menores (MAF) y las tasas de genotipificación se calcularon utilizando el software PLINK, mientras que los Illumina Score se determinaron para cada PNS utilizando el software Illumina Design Studio. Se seleccionaron marcadores que cumplían con los criterios de MAF ≥ 0.05, tasa de genotipado > 45% e Illumina Score ≥ 0.6 por PNS. Se identificaron un total de 67 PNSs dentro de regiones intrónicas, exónicas y/o no traducidas de genes KRTAP. Entre estos, se incorporaron 35 PNSs al microarray 76K Alpaca SNP, y posteriormente se validaron 32 PNSs en una población de 936 alpacas. En conclusión, nuestros hallazgos identificaron los PNSs dentro de los KRTAP que tienen una utilidad potencial en estudios de asociación de todo el genoma, facilitando así la integración de tecnologías de reproducción modernas en los programas de reproducción de alpacas.
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Abstract Developing countries have the challenge of achieving food security in a world context that is affected by climate change and global population growth. Molecular Genetics and genomics are proposed as technologies that will help to achieve sustainable food security. Technologies that have been developed in the last decade such as the development of genetic markers, genetic maps, genomic selection, next-generation sequencing, and DNA editing systems are discussed. Examples of some discoveries and achievements are provided.
Resumen Los países en vías de desarrollo tienen el reto de alcanzar seguridad alimentaria en un contexto mundial afectado por el cambio climático y crecimiento poblacional global. La genética molecular y la genómica son propuestas como tecnologías que ayudarán a alzanzar una seguridad alimentaria sostenible. Tecnologías que han sido desarrolladas en la última década como el desarrollo de marcadores moleculares, mapeo genético, selección genómica, secuenciamiento de próxima generación y sistemas de edición de ADN son discutidos. Se proveen ejemplos de algunos descubrimientos y logros.
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Abstract Our efforts are oriented to assess bovine Y-chromosome gene expression patterns. One set of genes that are of interest are the so-called X-degenerate Y-chromosome genes that are located in the male-specific region of the Y-chromosome (MSY). This region contains 95% of the DNA of the Y chromosome. These genes are single copy and have an X-chromosome homolog. Both, the Y-encoded and X-encoded homologs have ubiquitous expression profiles. However, some genes, like SRY that regulates male sex determination, have functions that are more specific. Identifying DNA sequence differences between these homologs will allow evaluation of their spatial and temporal expression patterns. Identification of the Y-encoded mRNAs and their isoforms will allow our understanding of tissue specific expression of isoforms in male tissues. The latter will facilitate our evaluation of gene function in male sex differentiation and fertility. Hence, we hypothesized that each of these X-degenerate gene homologs generate isoforms and that differential expression patterns exist between sexes and across tissues. To investigate the latter we used a new generation sequencing (NGS) technology that generates long sequencing reads with a range between 1000 to 10,000 base pairs in length. Single molecule real time (SMRT) isoform sequencing (IsoSeq) of several tissues (liver, lung, adipose, muscle, hypothalamus and testis) was carried out. Transcript sequences were used for bioinformatics analysis and isoform characterization. Given the focus of this manuscript the SMRT technology we are only presenting results obtained with the analysis of the bUTY and bUTX genes.
Resumen Nuestros esfuerzos están orientados a evaluar patrones de expresión génica del cromosoma Y bovino. Los genes de interés son los denominados genes X-degenerados que se encuentran en la región específica masculina del cromosoma Y (MSY). Esta región contiene el 95% del ADN del cromosoma Y. Estos genes son de copia única y tienen un homólogo en el cromosoma X. Ambos homólogos tienen perfiles amplios de expresión. Sin embargo, algunos genes, como el SRY que regula la determinación del sexo masculino, tienen funciones más específicas. La identificación de las diferencias de secuencia de ADN entre estos homólogos permitirá evaluar sus patrones de expresión espacial y temporal. La identificación de los ARNm codificados en el cromosoma Y y de sus isoformas permitirán analizar la expresión específica de sus isoformas en tejidos masculinos. Esto último facilitará nuestra evaluación de función génica en la diferenciación sexual masculina y la fertilidad. Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que cada uno de estos genes homólogos degenerados del X genera isoformas y que existen patrones de expresión diferencial entre sexos y tejidos. Para investigar esto último, utilizamos una tecnología de secuenciación de nueva generación (NGS) que genera lecturas de secuenciación largas con un rango de longitud de 1000 a 10,000 pares de bases. Se secuenciaron los transcriptomas en varios tejidos (hígado, pulmón, adiposo, muscular, hipotálamo y testículo). Se utilizaron las secuencias generadas para el análisis bioinformático y la caracterización de isoformas. Siendo el foco de este manuscrito la tecnología SMRT, solo presentamos los resultados obtenidos con el análisis de los genes bUTY y bUTX.