Marcadores genéticos y marcadores moleculares

Los marcadores genéticos representan las diferencias entre organismos individuales o especies. Generalmente ellos no representan los genes objetivo en sí mismos pero actúan como señales o etiquetas ya que son secuencias específicas73.

Un marcador genético es una secuencia de ADN con un componente variable que permite identificar diferencias entre individuos y que puede ser localizado en una posición concreta del genoma. Al componente variable de los marcadores genéticos se le denomina polimorfismo. A cada una de las variantes de un marcador genético se le llama alelo. Cuando un individuo tiene dos alelos iguales se dice que es homocigoto para ese marcador genético y cuando tiene dos alelos diferentes se dice que es heterocigoto20, 110.

El concepto de los marcadores genéticos no es nuevo, Gregorio Mendel empleó marcadores genéticos basados en fenotipo para sus experimentos con guisantes en el siglo XIX. Los primeros marcadores utilizados en estudios genéticos fueron los marcadores morfológicos, los cuales eran representaciones de caracteres de fácil identificación visual. Estos marcadores contribuyeron significativamente en el desarrollo teórico del análisis de ligamiento génico y sirvieron para la construcción de las primeras versiones de mapas genéticos. Sin embargo, estos caracteres pueden ser enmascarados por efectos epistáticos o pleiotrópicos, interactuando los alelos (variantes del gen) de manera dominante o recesiva dificultando la diferencia entre un individuo homocigoto de un individuo heterocigoto, por tanto el uso de estos marcadores se consideró limitado24.

Los marcadores moleculares corresponden a regiones del ADN que muestran polimorfismo o variación entre diferentes individuos dentro de una especie. El análisis de ADN presenta múltiples ventajas, por entregar información genética precisa, permitir el análisis simultáneo de un gran número de muestras y es independiente del medio ambiente. Por otro lado, el ADN puede ser extraído a partir de cantidades ínfimas de tejido de cualquier órgano somático y estado de desarrollo de la planta, permitiendo la obtención de resultados en un corto plazo26, 63.

Se han descrito diversos tipos de marcadores de ADN útiles para la identificación de genotipos y cultivares de papa tales como RFLP, AFLP, RAPD y SSR. Sin embargo, los más utilizados y aceptados han sido los SSRs (Single Sequence Repeat) o microsatélites. Los SSRs presentan mayor simplicidad tecnológica en relación a RFLP y AFLP, y no requieren alta concentración y calidad de ADN. Por otro lado, los SSRs al contrario de los marcadores RAPD, presentan alta reproducibilidad entre laboratorios y son de base genética codominante, y generalmente permiten detectar todos los alelos posibles de un locus6,74,75,76. Mediante los marcadores moleculares se puede reconocer directamente las diferencias genéticas entre individuos, obteniéndose un “perfil molecular” o “fingerprinting” o “huella digital” característico para cada variedad e independiente de las condiciones de crecimiento de las plantas. Además permiten obtener mejores estimaciones de la diversidad genética de una población determinada, así como información sobre frecuencias alélicas, nivel de heterocigosidad de una población y subdivisión de poblaciones, entre otras, en un periodo de tiempo menor al ocupado mediante estrategias convencionales.

En el área de los recursos genéticos los marcadores han provisto de información relevante en áreas claves de la conservación y caracterización de germoplasma. Las principales ventajas de los marcadores moleculares son: facilitar la construcción de mapas genéticos

debido al alto nivel de polimorfismo, en su mayoría son codominantes (dominantes o recesivos) y contienen mayor información genética por locus que los marcadores morfológicos, pueden utilizarse en cualquier fase de desarrollo de la planta, y son neutros con relación a los efectos fenotípicos causados por epistasia (interacción entre los genes que actúan sobre el mismo carácter, en donde un gen enmascara o suprime el efecto del otro)78.

Los marcadores del ADN se basan fundamentalmente en el análisis de las diferencias en pequeñas secuencias del ADN entre individuos. Las técnicas empleadas para ello son muy diversas y dan el nombre a los distintos tipos de marcadores, los cuales pueden ser de carácter dominante o codominante. Algunos ejemplos de ellos son: Polimorfismo de la longitud de los fragmentos de restricción (RFLP), Amplificación aleatoria del ADN polimórfico (RAPD), Polimorfismo en la longitud de los fragmentos amplificados (AFLP), Microsatélites o Secuencias simples repetidas (SSR), Amplificación aleatoria del polimorfismo de microsatélites78.

Se han desarrollado muchos sistemas de marcadores genéticos, los que se han agrupado generalmente en tres tipos: 1) marcadores morfológicos, que usualmente son características fenotípicas visibles; 2) marcadores bioquímicos, llamados isoenzimas o aloenzimas, que son polimorfismos en ciertos tipos de enzimas; 3) marcadores moleculares (o de ADN), son marcadores que revelan sitios de variación en el ADN24, 29.

La principal desventaja radica en el elevado costo dado que se requieren equipos de laboratorio complejos y reactivos costosos. Los principales marcadores moleculares son los siguientes: RFLP (Restriction Fragments length polymorphism), RAPD (Random Amplified Polimorphic DNA), AFLP (Amplified Fragment length polymorphism), SCAR (Sequence Characterised Amplified Region), SST (Sequence Tagged Sites), microsatélites: STMS (Sequence Tagged Microsatellite Sites) y SSR (Short sequence Repeats)111.

Los marcadores de ADN revelan diferencias entre individuos de la misma especie o de diferentes especies; estos marcadores son llamados polimórficos, mientras que aquellos que no discriminan entre genotipos se denominan monomórficos. Los marcadores polimórficos pueden ser codominantes o dominantes. Los marcadores codominantes son aquellos que discriminan los homocigotos y heterocigotos mientras que los dominantes no discriminan112. Los marcadores de ADN, y en especial los microsatélites, están rápidamente reemplazando o complementando a otros marcadores o metodologías genéticas en las aplicaciones evolutivas y la conservación de las especies. Dado su elevado nivel de polimorfismo, resultan útiles para definir un único genotipo multilocus, de particular

interés en estudios donde se requiera una escala muy fina de resolución y en los cuáles otros tipos de marcadores podrían presentar algunas limitaciones. Un buen marcador molecular debe reunir una serie de características para maximizar su utilidad, entre ellas, debe tener una buena distribución a lo largo del genoma y alto grado de polimorfismo. La técnica para analizar el marcador debe ser rápida, práctica y debe repetirse con fiabilidad en otros laboratorios134.