Carmen Bouza Fernández
Departamento de Xenética, Facultade de Veterinaria, USC, C.Lugo [email protected].
INTRODUCCIÓN
La acuicultura representa el sector agroalimentario que mayor desarrollo ha experimen- tado a escala mundial, relacionado con el estancamiento de la pesca extractiva y el incremento en la demanda de mercado de productos pesqueros. Esta expansión productiva es relativamen- te reciente y muy diversa en número de especies comparado con animales domésticos tradicio- nales. Gran parte de los esfuerzos investigadores realizados en las últimas décadas han estado centrados en aspectos básicos del desarrollo de los cultivos. Esta tendencia deberá acentuarse, ya que el éxito sostenido de la acuicultura en un mercado global altamente competitivo va a requerir actividades de innovación y desarrrollo continuadas en un conjunto de areas biotecno- lógicas clave, incluyendo nutrición, patología, genética y reproducción.
Entre las especies piscícolas no-salmónidos de mayor importancia en la industria espa- ñola se encuentran los Peces Planos (Orden Pleuronectiformes), incluyendo el rodaballo (Scophthalmus maximus), especie emblemática de la acuicultura gallega. En esta presentación se pretende realizar una aproximación a diferentes líneas de desarrollo biotecnológico aplicadas a la mejora del cultivo de especies de Peces Planos. Se utilizará como hilo conductor el trabajo desarrollado por nuestro grupo de investigación en este campo, especialmente en el rodaballo, pero dentro de un contexto general de investigación genética en acuicultura.
EVALUACIÓN DE RECURSOS GENÉTICOS SALVAJES Y CULTIVADOS
En contraste con los cultivos tradicionales, la mayor parte de recursos genéticos en las especies de acuicultura se encuentran en poblaciones salvajes (Toro y López-Fanjul, 1997; Gje- drem, 2005). Por tanto, la evaluación de recursos naturales es un aspecto esencial en cultivo, al representar la materia prima para la fundación de stocks e inicio de programas de selección genética. Esta tarea se ha venido realizado mediante diferentes tipos de marcadores neutrales (isoenzimas, microsatélites, ADNmitocondrial, etc,). Actualmente se aconseja su combinación con caracteres morfológicos y de ciclo vital para identificar el potencial adaptativo de las pobla- ciones (Reed y Frankham, 2001). Se ha analizado la diversidad y diferenciación genética, así como relaciones filogenéticas en poblaciones salvajes y cultivadas de una serie de especies de interés, fundamental para la fundación y reorganización de stocks reproductores, maximizando la diversidad genética y minimizando la consanguinidad con sus efectos negativos en eficacia biológica (Bouza et al., 2002; Castro et al., 2004).
Foro Ac. Rec. Mar. Rías Gal. 9: 171-175 2007.
Biotecnología aplicada al cultivo de peces planos
PROGRAMAS DE SELECCIÓN GENÉTICA ASISTIDOS POR MARCADORES MOLECULARES
Los programas de selección familiar están restringidos a un reducido número de espe- cies piscícolas, a pesar de estar mostrando importantes valores de progreso por generación para crecimiento y resistencia a enfermedades (Martínez, 2006). Se ha demostrado la utilidad de los marcadores microsatélites para apoyar planes de selección en distintas especies de Peces Pla- nos incluyendo rodaballo y lenguado(Solea senegalensis). Así, han permitido identificar paren- tescos en la fundación y reorganización de stocks de reproductores, para diseñar cruzamientos no consanguíneos, para comprobar errores de ejecución, y para trazar familias en especies de puesta natural, como el lenguado. Es necesario, sin embargo, tener en cuenta distintos aspectos teóricos y técnicos para garantizar la fiabilidad en la estimación del parentesco molecular (Mar- tínez 2006).
APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN CROMOSÓMICA
La manipulación cromosómica ha permitido la obtención de diversos productos de inte- rés en acuicultura y aplicación industrial en diversas especies (Hulata, 2001), con la ventaja comercial de no ser considerados organismos modificados genéticamente (OMG).
Una cuestión esencial radica en disponer de técnicas de verificación de la ploidía. Exis- ten diferentes estrategias clásicas y moleculares; estas últimas, más recientes, especialmente indicadas para confirmar herencia exclusiva paterna o materna. En rodaballo, se ha demostrado su efectividad en la verificación de ginogenéticos haploides y triploides a nivel poblacional (Piferrer et al., 2000; Castro et al., 2003).
La obtención de individuos estériles mediante triploidía se ha aplicado fundamental- mente en salmónidos (Hulata, 2001). Los triploides pueden evitar problemas asociados a la maduración gonadal. Además pueden presentar proporciones sexuales desviadas a favor de las hembras. En rodaballo, se ha observado este fenómeno de especial interés debido a la diferen- cial tasa de crecimiento entre sexos. En esta especie se han detectado diferencias en la madura- ción gonadal entre machos y hembras triploides (Martínez, 2006), con cierta disminución de viabilidad respecto de controles diploides (Piferrer et al., 2003).
La obtención de ginogenéticos tiene importancia como material biológico experimental, y para la mejora de la producción en peces cultivados (Piferrer et al., 2000). El análisis de la proporción de sexos en ginogenéticos ha aportado información relevante para elucidar los mecanismos de determinación sexual en diferentes especies (Martínez, 2006). La obtención de ginogenéticos en rodaballo ha servido para confirmar la existencia de un mecanismo preferen- te de tipo XX-XY en la determinación del sexo en esta especie (Martínez, 2006), a pesar de no haberse detectado heteromorfismos cromosómicos asociados al sexo (Bouza et al.1994; Cuña- do et al., 2002). Por otro lado, la posibilidad de obtener ginogenéticos haploides ha facilitado la construcción del primer mapa genético en esta especie (Martínez, 2006). En producción, los ginogenéticos han demostrado en otras especies su utilidad para la obtención, directa o median- te neomachos, de poblaciones monosexo, y para el desarrollo rápido de líneas consanguíneas para explotar la varianza dominante en caracteres productivos (Martínez, 2006)
El análisis genómico ha posibilitado rastrear grandes regiones del genoma mediante la obtención y uso de mapas genéticos y físicos (genómica estructural), así como analizar la expre- sión de miles de genes simultáneamente (genómica funcional); todo ello gracias al procesado bioinformático paralelo de ingentes cantidades de datos genómicos.
Los mapas genéticos son esenciales para la localización, seguimiento y caracterización de regiones genómicas para caracteres de interés económico, tanto monogénicos como cuanti- tativos (Quantitative Trait Loci, QTLs), así como para programas de selección asistida por mar- cadores (Danzmann y Gharbi, 2001). Su desarrollo en Acuicultura, y particularmente en peces, es notablemente inferior al de otras especies domésticas. Se han obtenido y utilizado mapas genéticos para búsqueda de QTLs en unas pocas especies, varias de ellas organismos modelo.
En rodaballo, se ha desarrollado el primer mapa genético mediante distintos tipos de marcado- res moleculares incluyendo 300 microsatélites (Fortes et al., 2004; Bouza et al., datos no publi- cados), con un nivel de densidad apropiado para su uso en la búsqueda de regiones genómicas de interés productivo en esta especie (crecimiento, resistencia a enfermedades, determinación sexual). La progresión de estas investigaciones en peces hará posible el mapeado comparativo de genes de interés entre diferentes especies.
La Genómica funcional se basa en el análisis masivo de patrones de expresión en tejidos de interés mediante el diseño de microarrays. La variación en respuesta a determinadas condi- ciones experimentales permite identificar genes relevantes relacionados con las mismas. Esta tecnología requiere herramientas estadísticas y bioinformáticas, así como un énfasis especial en el diseño y control experimental. Hasta el momento, el desarrollo de microarrays en Acuicultu- ra ha sido muy limitado (Martínez, 2006). Particularmente en Peces Planos, existen aproxima- ciones pioneras en dos especies cultivadas importantes (lenguado y rodaballo). En rodaballo, esta metodología se está aplicando para la identificación y caracterización de genes candidatos de resistencia a patógenos relevantes en relación con su cultivo.
De la integración del análisis genómico estructural y funcional se espera conseguir resul- tados de aplicación industrial para la selección de reproductores para caracteres de interés pro- ductivo, y en definitiva la mejora del cultivo de las especies implicadas.
IX Foro dos Recursos Mariños e da Acuicultura das Rías Galegas
NUEVAS APROXIMACIONES EXPERIMENTALES: LA ERA DE LA GENÓMICA
AGRADECIMIENTOS
Deseo mostrar mi agradecimiento al grupo de Genética de Peces de la Universidad de Santiago de Compostela, gran parte de cuya trayectoria en los últimos 15 años queda reflejada en este trabajo: P. Martínez, L. Sánchez, J. Castro, B.G. Pardo, A. Pino-Querido, M. Hermida, C. Fernández, A. Viñas, L. Casas, A. Millán, G. Fortes y a las técnicos S. Gómez, L. Insua, S.
Sánchez, M. Portela y M. López.
Biotecnología aplicada al cultivo de peces planos
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REFERENCIAS
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IX Foro dos Recursos Mariños e da Acuicultura das Rías Galegas
La acuicultura es la aproximación tecnológica integrada que permite aumentar la pro- ducción de animales y plantas acuáticas para consumo humano, por medio del control de los organismos y de su entorno. Existen diversos grados de complejidad en esta actividad, desde un grado medio que implica la captura de juveniles silvestres, su cautiverio y cuidado mediante ali- mentación intensiva y fertilización del agua, a la máxima complejidad que implica la gestión integrada, mediante la cría de juveniles de huevos obtenidos de poblaciones fundadoras o repro- ductoras aclimatadas y mantenidas con un completo control sobre el ciclo de vida del animal.
En cualquier caso, la acuicultura es una actividad que está cobrando un protagonismo crecien- te debido, por un lado, al agotamiento de los caladeros tradicionales por el sobrexceso de los procesos extractivos y, por otro, al hecho constatado de que la principal proteína animal que consumen mundialmente más de mil millones de personas proviene de la pesca. Las cifras de la FAO son elocuentes a este respecto y revelan que entre 1970 y 2000 la aportación de la acui- cultura a la pesca mundial pasó del 3,9 por ciento al 27 por ciento del total. En 2000 el sector proporcionó más del 36 por ciento del suministro mundial de pescado para alimento.
España es una potencia europea en este campo y nuestra producción acuícola marina se centra en varias especies: mejillón en las rías gallegas; rodaballo en el Norte de España y dora- da y lubina en Canarias y el Sur y Levante español. En Andalucía se han realizado avances subs- tantivos en lenguado en los últimos años. Mientras el mejillón supone más del 90 por ciento del volumen total de moluscos producidos en España, en los últimos 10 años el volumen de pro- ducción de peces en la acuicultura ha ido claramente en aumento. Nuestro país debe ser cons- ciente de la pujanza de otros países emergentes en la actividad y de la necesidad de aplicar polí- ticas de innovación, si se quiere mantener un sector competitivo y con capacidad exportadora.
La necesidad de mantener la innovación como factor estructural de competitividad se ha apo- yado en el pasado en mejoras principalmente zootécnicas y sanitarias. Actualmente, el desarro- llo mundial de la acuicultura utiliza de forma desacomplejada los avances disponibles en bio- tecnología y dentro de este concepto biotecnológico los recientes avances en genética, genómi- ca y proteómica que pueden aportar información relevante para contribuir a la solución de “cue- llos de botella” en el desarrollo de la tecnología adecuada a los procesos de cultivo, en especial de especies nativas y alternativas a las ya existentes. Así países como Noruega han realizado un enorme esfuerzo con programas genómicos integrados en la especie de su interés como el salmón con su Salmon Genome Project (SGP) (http://www.salmongenome.no/cgi-bin/sgp.cgi). Como resultado de las mejoras obtenidas en sus programas integrados, Noruega ha pasado de producir 8.600 Tm de salmón en 1981 a más de 565.000 Tm en el año 2004, lo que la ha convertido en líder mundial de la industria salmonera. También Canadá ha realizado programas ambiciosos en esta especie como el Genomics Research on Atlantic Salmon Project (GRASP) (http://www.geno- mebc.ca/research_tech/research_projects/fisheries/grasp.htm) ytambién ha lanzado diversos pro- gramas que se han concatenado en el tiempo en otras especies como el fletán (halibut) (http://www.genomecanada.ca/xpublic/media/ pressReleasesDetails.asp?id=323&l=e). En cual-