Avances del Conocimiento en la Genética de la Capacidad Reproductiva del Camarón ó Ana M. Ibarra Humphries

Participantes p en estas investigaciones: Fisiología g Reproductiva: Reproductiva p : Ilie S. Racotta Dimitrov Elena Palacios Mechetnov

Genética Reproductiva: Reproductiva: Fabiola Arcos Ortega

LA PAZ, B.C.S. MEXICO

Podemos iniciar preguntandonos que se requiere para la OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE NAUPLIO

EN PRIMER LUGAR: Se requiere de la generación de un conocimiento que nos permita ENTENDER qué determina o predice a nivel fenotípico una ALTA CAPACIDAD REPRODUCTIVA DEL CAMARÓN

Cuando iniciamos con este trabajo interdisciplinario se pensaba que como el tiempo en piscina incrementaba incrementaba,, la capacidad de las hembras de camarón para producir ‘larva larva de calidad’ calidad disminuía. disminuía. Tiempo en piscina

Ablación

DIA 1

DIA 70 Buenos

Menos Buenos

Regulares

Malos

Sin embargo, también se sabía que un alto porcentaje de las hembras ablacionadas en un ciclo reproductivo nunca desovaban, mientras que otras producían de 11-3 desoves, y aun menos producían múltiples desoves.

Proporción de hembras que no desovan que desovan, q e producen prod cen 11-3 deso desoves, es y que ‘desovan ‘desovan de 4 a más veces’ veces’ 70

66

60

Perceentage

50

43

Hembras que nunca desovan

39

40

34

Hembras con 11-33 desoves

30

Hembras con 4 ó mas desoves

20 12 10

10 4

1.7 0 P.monodon

P.paulensis

P.semisulcatus

P.vannamei

Crecidas en estanques, y evaluadas durante 60 a 100 días

S sabía Se bí asíí mismo i

que el bajo porcentaje de hembras que presentaban la característica de producir mas de 3 desoves

contribuían con la mayor parte del nauplio producido en laboratorios.

Contribución porcentual de las múltiples últi l desovadoras d d a lla producción d ió total de nauplio % Multiples Desovadoras % Nauplio que producen 100

65

80

%

60

42

40 20

32

24 7.5

9

0

P.paulensis

P.stylirostris

P.vannamei

Se había sugerido que la capacidad de desovar múltiples veces resultaba en lo denominado como ‘agotamiento reproductivo’. reproductivo’. Sin embargo, cuando el denominado ‘tiempo en piscina’ y los ‘desoves consecutivos’ pudieron ser separados para analizar sus efectos f t independientes, i d di t encontramos que :

En las hembras que producen ≥4 desoves desoves,, no hay un decremento sobre la composición bioquímica de los huevos (ni de los nauplios) producidos en desoves consecutivos CHOS

TG

P ROTx10

VIT

Cuart o o mas Tercero Segundo Primero

0

5

10

15

C o nc e nt ra c ió n e n hue v o s

20

25

Tampoco existe un efecto negativo sobre l resistencia la i t i ((supervivencia) i i ) a pruebas b d de estrés en zoea derivada de desoves consecutivos de una misma hembra hembra. 80

Su upervivencia a (%)

c

d

c

b

60

a

a

40

20

0 First

Second

Third

Fourth

Orden de Desove Ammonium

Salinity

Fifth to Ei ht Eight

Nine or more

Finalmente, no encontramos evidencia de un agotamiento reproductivo causado por el número de desoves sobre la composición bioquímica de tejidos en hembras después de 30 d de desoves consecutivos

12 10 8 6 4 2 0

CHOS

TG

PROT x 10

VTG x 10

Hepatopancreas

0

1

2

3

4 or more CHOS

15 10

Ovario

TG

ab

a

PROTx 10

b

ab

a

VITx 100

5 0

0

1

2

3

4 or more

Todo lo anterior nos respondió la pregunta que se tenía en cuanto al ‘agotamiento reproductivo’: No existe un agotamiento reproductivo por desoves consecutivos o número alto de desoves

La siguiente pregunta que nos planteamos fue: Qué ‘características ‘características’, ’,, adicionalmente al número de desoves, están asociadas con la alta capacidad p reproductiva p en camarón?

Encontramos que las hembras que prod cirán de 2 a más deso producirán desoves es presentan una menor LATENCIA promedio a su primer desove que en las hembras que solo producen un desove Días al primer desove

H Hembras con n diferentes Numero total de desoves N

para hembras produciendo diferentes números de desoves totales

0 1 2 3 >4

5

10

15

L LATENCIA (o La ( días) dí ) all primer i desove después de la ablación constituye la segunda característica FENOTIPICA asociada a la alta capacidad p reproductiva p

También nos preguntamos: preguntamos: En la (sub)(sub)-población de hembras que desovan,, sí desovan ¿existen características en los huevos producidos en ell primer i d desove que puedan ser utilizadas como i di d indicadoras d de cuáles ál d de esas h hembras b serán las múltiples desovadoras?

Encontramos que, las hembras produciendo ≥4 desoves, desoves, cuando son comparadas con hembras que producen de 1 a 3 desoves, en su primer desove tienen mayor concentración de vitelina it li y triglicéridos t i li é id en los l huevos h producidos d id TG & VIT EN HUEVOS DEL PRIMER DESOVE, PARA HEMBRAS QUE TUVIERON DE 1 A >4 DESOVES TG

30

☺

VIT

25

mg/g

20 15

☺

10 5 0

1

2

3

Numero total de desoves / hembra

4 or >

Una ves definidas las características fenotípicas de la alta capacidad reproductiva d ti El siguiente paso fue conocer si estas tenían un componente p genético significante en la población evaluada que nos indicara si la selección permitiría mejorar tal capacidad reproductiva

Heredabilidad de la capacidad reproductiva d l camarón del ó bl blanco Caracteres evaluados:

Diametro de Huevos Num. de Huevos en el 1er Desove TG en Huevos del 1er Desove VIT en Huevos del 1er Desove

Heredabilidad (h2):

0.07 0.17 0.35 0.47

Latencia al 1er Desove Numero de Desoves

0.54 0.20

Variacion Genetica Otra Variacion

Que aplicación inmediata tienen los resultados antes presentados? ? ¿Iniciar la selección indiscriminada por capacidad reproductiva utilizando LATENCIA y NUMERO DE DESOVES? Definitivamente no! ¿Por qué no seleccionar por estos caracteres? Especialmente sin un programa de mejoramiento genético con manejo de pedigríes y control de la endogamia

Si seleccionan por hembras con corta latencia solamente, el problema no será tan grave Pero si dentro de esas seleccionan a las múltiples desovadoras solamente, solamente,

Alcanzarán un nivel de endogamia elevado en un corto tiempo 16 14 12 10 8 6 4 2 0

1 2 Num. Desoves

0

3 4

10

5

20

6 30

Latencia al 1er desove

Selección? o Desastre a corto plazo de su población en cautiverio? Primera generación

1,000 HEMBRAS REPRODUCTORAS NO RELACIONADAS? N=1000

Cada familia tiene 3 familias con las que son medios hermanos

CORTA LATENCIA AL PRIMER DESOVE N 500 HEMBRAS N=500

500 genotipos perdidos!

>4 DESOVES EN 1 MES N=50 HEMBRAS (DEJAN 150-200 FAMILIAS)

450 genotipos perdidos!

Segunda generación

1,000 HEMBRAS REPRODUCTORAS Relacionadas entre ellas (y ellos)

EL NUMERO EFECTIVO ES REDUCIDO AUN MAS DRASTICAMENTE PARA LA SEGUNDA GENERACION!!! Endogamia – Depresión Endogámica!

CORTA LATENCIA AL PRIMER DESOVE N=500 HEMBRAS? No! Ne=50

>4 4 DESOVES EN 1 MES N=50 HEMBRAS Con F=0, Ne=5!!!

Tiene aplicación a medianomediano-largo plazo? ? SI LA TIENE Pero solamente En un programa de mejoramiento genético sistemático, para el cual exista un manejo de pedigríes y control de la endogamia

Entonces, qué puede hacer un productor d t d de nauplio li en este t momento ?

http://danielkaar.files.wordpress.com/2006/12/felipemafalada.jpg

Hemos visto que hasta aquí, tuvimos que esperar a que las hembras desovaran para evaluar su capacidad reproductiva Donde mas p podemos buscar indicadores predictivos de la alta capacidad reproductiva en hembras de camarón?

ESTO ES, Si pudiésemos definir alguna característica que nos permita identificar a las hembras con alta capacidad reproductiva en talla adulta, p pero ANTES DE ABLACIONAR A TODAS LAS HEMBRAS,, HEMBRAS

Reduciríamos el número de hembras a introducir a tanques de maduración, maduración, y podríamos implementar un programa de mejoramiento genético que incluya c uya s simultáneamente u tá ea e te no o só sólo o la a alta capacidad reproductiva del camarón, sino i también t bié su crecimiento. crecimiento i i t .

NOS PREGUNTAMOS ENTONCES: ¿Por qué las hembras con un mayor número de desoves tienen mayor concentración de vitelina y triglicéridos en los huevos producidos en el primer desove? ¿Producen mayor cantidad de la VITELOGENINA que es transferida t f id a los l huevos?

Niveles de VITELOGENINA en HEMOLINFA de hembras que maduran y que no maduran, antes y después de la ablación Pre-ablacion

Post-ablacion

b

120 90

b

150

a

60

Vg (ug/mll)

Vg (ug/m l)

150

120 90 60

30

30

0

0

No maduran

Maduran

a

Inmaduras

Maduras

Nos preguntamos: que nos dice la variación fenotípica en vitelogenina en el camarón blanco? Variable VITELOGENINA en HEMOLINFA 40

≈ 36 a 40% 0% ¿Hembras que nunca desovarán?

35

Num. de observacion nes

30

No sabemos,, pero:

25 20 15 10 5 0 -20

0 -10

20 10

40 30

60 50

80 70

90

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 110 130 150 170 190 210 230 250 270

ug/ml VTG - Categorias (limites superiores)

Proporción de hembras que no

desovan,, que producen 1desovan 1-3 desoves, y que ‘desovan ‘desovan mas de 3 veces’ veces’ Si sabemos b que 34% no desovan

70 60

Perceentage

50

Hembras que nunca desovan

40

Hembras con 11-33 desoves

30

Hembras con 4 ó mas desoves

20 10 0 P.monodon

P.paulensis

P.semisulcatus

P.vannamei

Crecidas en estanques, y evaluadas durante 60 a 100 días

Como se asocia la concentración de VTG en hemolinfa de cada hembra adulta, adulta, con por ejemplo, S grado Su d d de madurez d gonádica ádi Evaluado como diámetro promedio de ovocitos num. ovocitos, num de ovocitos ovocitos, o área total de ovocitos en la gónada?

VTG en hemolinfa : Diámetro de sus Ovocitos (Hembras NO ablacionadas) 160

Diametro Promedio Ovocitos

140

r=0.90, P=0.00

120 100 80 60 40 20 0 0

50

100

150

200

250

300

Vitelogenina en Hemolinfa (ug/ml)

A mayor Diámetro Promedio de Ovocitos, mayor desarrollo gonádico ya que los ovocitos mas grandes son los mas avanzados en desarrollo.

Es el contenido de vitelogenina en la hemolinfa de hembras adultas heredable como para poder seleccionar se ecc o a sob sobre e es este e ca caracter? ac e

Sí,, tiene una heredabilidad Sí de 0.28 0 28 ±0.12 0 12

En hembras Adultas L concentración La t ió d de VITELOGENINA en hemolinfa de hembras antes de ser ablacionadas bl i d predice di ell grado d d de madurez gonádica de cada hembra, evidenciado id i d por: 160

r=0.90, P=0.00

Diametro Promedio Ovocitos

140 120 100 80 60 40 20 0 0

50

100

150

200

Vitelogenina en Hemolinfa (ug/ml)

250

300

Como se asocia esto con resultados previos de determinación genética de características reproductivas pero en hembras subadultas? subadultas?

Primero, es importante señalar que el estadio d d de desarrollo ll gonádico ádi en h hembras b SUBADULTAS tiene altas heredabilidades Variacion Genetica Area de Ovario

0

Madurez Ovarica

Num Ovocitos

Diametro Ovocitos

Otra variacion

0.71

0

0.57

Heredabilidad (h2)

Segundo, g , también es importante p p preguntarnos g si el estadio de desarrollo g gonádico en hembras SUBADULTAS está correlacionado genéticamente p reproductiva p en con la capacidad hembras ADULTAS

SI. El avance reproductivo en hembras SI. juveniles se correlaciona con la capacidad reproductiva de sus hermanas adultas Hembras 18 g SUBADULTAS A mayor Diámetro de ovocitos y de Madurez Gonádica en la g gónada de hembras SUBADULTAS:

Hembras >35 g ADULTAS (hermanas de subadultas) Mayor NUMERO DE DESOVES SO S Mayor NUMERO DE HUEVOS Menor LATENCIA o DIAS AL PRIMER DESOVE

Esto nos dice que: El desempeño reproductivo del camarón se establece en, y desde, desde, etapas tempranas del desarrollo gonádico Las hermanas de hembras con mayor grado de madurez temprana en subadultas serán las de mayor capacidad reproductiva en adultas

Que aplicación tiene el conocimiento generado a la fecha p para el mejoramiento j genético del camarón?

Presente del Mejoramiento Genético del Crecimiento y la Capacidad Reproductiva p del Camarón Índice de Selección = ‘EBV’ = VRE El Valor Reproductivo del Animal estará dado p por:

b [VTG en Hemolinfa] Antes de Ablación

+

Que ‘tan bueno’ es un animal para lo que queremos que sea bueno, de forma que le permitamos reproducirse p p

b [PESO]

Que alternativas adicionales existen para ser APLICADAS en el Mejoramiento Genético de la Capacidad Reproductiva del Camarón?

¿La L GENÓMICA de la Capacidad p Reproductiva p del Camarón? Camarón ? No hoy, No en el PRESENTE, pero probablemente Sí en el FUTURO NO puede ser aplicada ya que aun está en etapa de investigación

Investigación aun requerida en GENÓMICA de la Capacidad Reproductiva del Camarón GENÓMICA ESTRUCTURAL 1. Desarrollo de marcadores moleculares codominantes en números acordes al tamaño del genoma del camarón

2. Obtener mapas genéticos de ligamiento de alta densidad con marcadores codominantes Y CON LO ANTERIOR: ANTERIOR: 3 Identificación de QTLs=loci de caracteres 3. cuantitativos asociados a la alta capacidad reproductiva

¿Mapas M genéticos éti d de ligamiento?

MAPA DE LIGAMIENTO DEL GENOMA DEL PEZ CEBRA (zebrafish.stanford.edu)

Los LG=grupos de ligamiento son cada uno de los cromosomas del pez cebra. En cada uno de ellos se han identificado marcadores genéticos localizados a diferentes distancias uno de d otro. t A menor distancia entre marcadores, mayor probabilidad de localizar QTLs

MAPA DE LIGAMIENTO y LOCALIZACIÓN DE LOCI DE CARACTERES CUANTITATIVOS: QTLs PRODUCTIVOS

¿Existen Mapas Genéticos de Ligamiento y han sido identificados en ellos QTLs=Loci de caracteres cuantitativos tit ti en Camarón? Camarón?

Penaeus japonicus QTLs Longitud L it d ttotal t l y largo cefalotórax

Li et al. (2006). Aquaculture 258, 198–210. Penaeus japonicus AFLP markers map

Penaeus vannamei

QTLs? Aun no

MAPA INCOMPLETO EN ‘ANCLAJE’ DE MARCADORES, YA QUE SE ESPERAN 44 GRUPOS DE LIGAMIENTO ((no 50)) CON BASE EN EL CARIOTIPO DE ESTA ESPECIE

Perez et al. (2004). Aquaculture 242, 105–118. Penaeus vannamei AFLP markers map

¿APLICACIÓN de la GENÓMICA de la Capacidad Reproductiva del C Camarón ó Bl Blanco? Blanco? MAÑANA quizás SÍ SÍ, aunque dependerá de: La identificación de QTLs asociados a la alta capacidad reproductiva, y del costo vs vs.. el beneficio estimado al aplicarlo.

¿Existen QTLs asociados a capacidad reproductiva en otros animales animales? ? SÍ, Y ALGUNOS EJEMPLOS SON:

9 Salmónidos: QTLs para número de días a ovulación (spawning date) 9 Drosophila = mosca de la fruta: QTL para número de ovariolos 9 Puercos: QTL=Gen mayor=gen del receptor de estrógeno que afecta directamente el tamaño de camada

Lo anterior nos indica que es altamente lt t probable b bl ell que encontremos QTLs en camarón asociados a la alta capacidad reproductiva Cuando podamos hacer tal análisis

Presencia de QTLs a evaluar para su aplicación en el mejoramiento genético de la capacidad reproductiva a través de MAS En Hembras adultas L t Latencia, i o dí días all primer i d desove Número de desoves Cantidad de vitelogenina en hemolinfa y ovarios En Hembras juveniles - subadultas Diámetro de ovocitos en hembras juveniles – y adultas Cantidad de vitelogenina en hemolinfa y ovarios de hembras subadultas

Mejoramiento Genético Volviendo al Presente Nú l d Núcleo de M Mejoramiento j i Genético Desempeño

IInformación f ió animales i l en producción

Pedigríes

Desempeño (Peso, Supervivencia)

(Peso, Supervivencia)

Evaluación para la Selección - BLUP Estimación de los Valores Reproductivos – EBVs

Que ‘‘tan b Q bueno’’ es un animal i l para lo que queremos que sea bueno, de forma que le permitamos reproducirse

Selección por Índice (EBVs)

Ya que se encuentren, o defina la existencia de QTLs, como cambia este esquema? Esto es, se podrá decir que ahora ya el Mejoramiento Genético es Arcaico y que un marcador molecular lo hará todo? No, solo aquel que no sabe nada de genética y mejoramiento animal, y especialmente de procesos de acumulación de endogamia diría esto!

Mejoramiento Genético Futuro Nú l de Núcleo d Mejoramiento M j i Genético

IInformación f ió animales i l en producción

Desempeño Pedigríes Genotipificación

Desempeño

Evaluación para la Selección - MBLUP Estimación de los Valores Reproductivos : qtl + EBVs

‘Selección por Índice Asistida por Marcadores’ I = b(qtl) + EBV

Gracias por su atención!