Genética y genómica de la resistencia al piojo de mar (Caligus rogercresseyi)

José M. Yáñez1,2,*, Katharina Correa1,2, María E. López1,2, Liane Bassini1,2, Rama Bangera1,2, Jean P. Lhorente21 Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias, Universidad de Chile, Av Santa Rosa 11735, La Pintana, Santiago, Chile2 Aquainnovo, Talca 60, Puerto Montt, Chile* Correspondencia: José M. Yáñez, E-mail: jmayanez@uchile.cl Sitio Web: http://genstat.uchile.cl

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Introducción

El salmón Atlántico (Salmo salar) y la trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) son susceptibles a un parásito copépodo comúnmente llamado piojo de mar (Caligus rogercresseyi), el cual produce grandes pérdidas económicas asociadas con un bajo rendimiento productivo de los peces afectados. Se estima que las pérdidas directas e indirectas producidas por distintas especies de piojo de mar superan anualmente los US$ 178 millones a nivel mundial (Costello, 2006). En Chile, la Caligidosis puede predisponer al desarrollo de otras patologías, tales como las infecciones causadas por el virus de la Necrosis Pancreática Infecciosa o IPNv, Renibacterium salmoninarum o BKD, y Piscirickettsia salmonis o SRS (Johnson y col., 2004).

Las principales drogas utilizadas para el tratamiento contra C. rogercresseyi son el benzoato de emamectina y deltametrina. Sin embargo, se ha demostrado que la utilización de estos fármacos no ha generado la efectividad esperada en el control de C. rogercresseyi y ya se ha reportado resistencia del parásito a algunas de estas drogas (Bravo y col., 2013). Además de los daños directos causados por la Caligidosis, Lhorente et al. (2014) demostraron que C. rogercresseyi reduce significativamente la sobrevivencia del salmón del Atlántico a P. salmonis como un patógeno secundario (Lhorente y col., 2014). Esto puede explicar la frecuente asociación entre ambos patógenos en la presentación clínica en condiciones de campo, los cuales constituyen los dos principales problemas patológicos de los salmónidos de cultivo en Chile.

Una forma de abordar preventivamente la presentación de patologías en especies productivas, es mediante la selección genética de reproductores que sean resistentes a la infección (Yáñez y col., 2014a). La resistencia a patologías en peces se ha incluido dentro del objetivo de mejoramiento de los programas de selección genética. En este artículo se presentan resultados que demuestran que la resistencia a la Caligidosis presenta potencial para ser incorporada dentro de programas de mejoramiento genético.

Genética cuantitativa de la resistencia a Caligus Fenotipos

Lhorente y col. (2013) han desarrollado un método de desafíos experimentales para evaluar y determinar fenotípicamente la resistencia a C. rogercresseyi en salmón Atlántico. Los peces fueron expuestos al parásito en estado de copépodos infestantes y la resistencia a la infestación fue evaluada como el conteo de parásitos en estados sésiles fijados (chalimus II-III) y de parásitos móviles (adultos) por pez. En este estudio se utilizó una presión de infestación de 100 copépodos por pez. La distribución de los piojos sésiles en los peces mostró que el 95% de los parásitos se encuentran en las aletas y sólo el 5% en el resto de la superficie del cuerpo. Además, teniendo en cuenta que casi el 70% de los piojos sésiles se encontraron entre la aleta caudal y aleta pectoral, se definieron como características a evaluar el número de piojos sésiles en aleta caudal más aleta pectoral. De acuerdo con este estudio, el fenotipo más adecuado para evaluar la resistencia a Caligus, fue el conteo de parásitos en estado sésil en aletas de peces smolt, luego de 6 a 8 días post infestación (Lhorente y col., 2013). Esta misma aproximación ha sido utilizada para evaluar la resistencia genética a C. rogercresseyi en trucha arcoíris (Bassini y col., 2015)

Parámetros genéticos

Un prerrequisito para poder mejorar genéticamente un carácter mediante selección artificial es la presencia de variación genética para ese rasgo en la población. En este sentido, la heredabilidad, proporción de la varianza fenotípica total atribuida a la variación genético-aditiva (Falconer y Mackay, 1996), constituye un parámetro genético fundamental. Actualmente, estudios realizados por la Unidad de Genética y Genómica Acuícola (Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias, Universidad de Chile), en conjunto con Aquainnovo, han demostrado niveles de heredabilidades significativas para la resistencia a C. royercresseyi en salmón Atlántico (Lhorente y col., 2013; Yáñez y col., 2014b), y trucha arcoíris (Bassini y col., 2015). La Figura 1 y la Tabla 1, muestran la variación fenotípica para la resistencia a C. royercresseyi y los valores de heredabilidad para el mismo rasgo en salmón del Atlántico y trucha arcoíris, respectivamente. Estos resultados demuestran la factibilidad de mejorar el carácter de resistencia a C. royercresseyi mediante el mejoramiento genético en salmónidos, lo cual constituye una alternativa para el control de esta parasitosis.

Además, se han estimado correlaciones genéticas entre resistencia a Caligus rogercresseyi y peso corporal en ambas especies, las cuales van desde cero en trucha arcoíris (Bassini y col., 2015) hasta valores favorables en salmón Atlántico (-0,32 ± 0,14) (Yáñez y col., 2014b). En este caso, el valor negativo de la correlación genética indica que seleccionar peces para mayor peso corporal resultará en una selección indirecta para peces con menor conteo de parásitos por pez (individuos resistentes). A su vez, se han estimado correlaciones genéticas entre resistencia a Caligus rogercresseyi y a la enfermedad sistémica causada por la bacteria Piscirickettsia salmonis. Esta correlación genética no es distinta de cero en salmón Atlántico (Yáñez y col., 2013b), sin embargo, presenta un valor positivo moderado (0,40 ± 0,15) en trucha arcoíris (Bassini y col., 2015). En este caso, el valor positivo de la correlación genética indica que seleccionar peces para mayor tiempo de sobrevivencia frente a P. salmonis resultará en una selección indirecta para peces con mayor conteo de parásitos por pez (individuos resistentes), indicando una relación desfavorable entre ambos rasgos. Estas correlaciones genéticas deben tenerse en consideración al momento de incorporar estos rasgos de forma simultánea dentro del objetivo de mejoramiento.

Recursos genómicos en truchas y salmón

El salmón Atlántico y trucha arcoíris son especies que presentan un gran interés económico, ambiental y científico. Gracias a esto, estas especies están dentro del grupo de peces que presentan mayor cantidad de estudios realizados en el ámbito científico. Con el advenimiento de las tecnologías de secuenciación masiva, la disponibilidad de recursos genómicos para estas especies también ha presentado un mayor adelanto respecto de otras especies acuícolas. De esta forma, ambas especies cuentan con la disponibilidad de la secuencia de un genoma de referencia, el cual ha sido generado a partir de proyectos multinacionales (Davidson y col., 2010; Berthelot y col., 2014). Tales recursos genómicos son importantes para entender la regulación genética de los rasgos complejos en salmones, con aplicaciones en mejoramiento genético en acuicultura y, además, aplicaciones en genética de poblaciones naturales y estudios evolutivos. Actualmente, existen herramientas de genotipificado de alto rendimiento disponibles tanto para trucha arcoíris (Palti y col., 2015), como para salmón Atlántico (Yáñez y col., 2014c), las cuales han sido validadas en distintas poblaciones de cultivo y silvestres. El desarrollo de este tipo de tecnologías para estas especies en nuestro país, resulta altamente importante para el progreso y competitividad de la industria salmonicultora chilena, debido a que permitirán la disección de caracteres complejos de interés económico, tales como crecimiento corporal, madurez sexual, resistencia a enfermedades, calidad de canal, e incrementarán la eficiencia de los programas de mejoramiento genético para estas especies (Yáñez y col., 2015). Esto último permitirá contar con peces intrínsecamente más eficiente en condiciones de cultivo, desde una perspectiva productiva y económica.

La empresa de mejoramiento genético Aquainnovo, en conjunto con la Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias de la Universidad de Chile, recientemente han desarrollado un chip de marcadores moleculares del tipo polimorfismos de núcleotidos únicos (Single Nucleotide Polymorphisms o SNPs) para el salmón Atlántico. Esta herramienta es utilizada para conocer variaciones puntuales en la secuencia de DNA en una posición en particular en el genoma de los peces bajo estudio. Esta herramienta ha sido validada en poblaciones de cultivo de distintos orí- genes (Noruega, Escocia y Norte América) y, además, en poblaciones silvestres de Europa y Norteamérica. El chip de SNPs, en su versión de 200.000 y 50.000 marcadores (Aquasalar 200K y Aquasalar 50K, respectivamente) ha permitido realizar distintos estudios a nivel de genoma completo, incluyendo estudios de huellas de selección y estudios de asociación genómica, cuyo objetivo principal es alcanzar una mejor comprensión del vínculo entre genotipos y fenotipos de interés económico. Además, este tipo de herramienta biotecnológica permite la incorporación de miles de marcadores moleculares dentro de las ecuaciones de predicción del mérito genético de los reproductores mediante la aproximación Genomic Best Linear Unbiased Predictor o Gblup o selección genómica (Meuwissen y col., 2001), la cual incrementa la precisión en la selección de rasgos difíciles de medir en los candidatos a reproductores, tales como calidad de canal y resistencia a enfermedades (Taylor, 2013).

Estudios de asociación y selección genómica

Mediante estudios de asociación genómica, se ha determinado un locus de efecto cuantitativo (QTL) de pequeña magnitud asociado con la resistencia frente a C. rogercresseyi (Figura 2). En un estudio de asociación genómica utilizando aproximadamente 50,000 marcadores moleculares se ha determinado que existe un marcador asociado con el carácter de resistencia, el cual se encuentra explicando una baja proporción de la variación total. Por lo tanto, se sugiere que la resistencia a C. royercresseyi corresponde a un rasgo altamente poligénico, sobre el cual existe un número elevado de genes de pequeño a moderado efecto influyendo sobre el carácter (Correa y col., 2015).

La inclusión de información molecular dentro de los sistemas de evaluación genética puede aumentar la precisión con la que se lleva a cabo la selección de reproductores. Los rasgos cuantitativos, generalmente se ven afectados por muchos genes y, por lo mismo, el beneficio de utilizar selección asistida por marcadores (MAS) dependerá de la varianza explicada para cada QTL (Meuwissen y col., 2001). Nuestros resultados indican que la información molecular puede ser incorporada a los programas de mejoramiento genético para mejorar la resistencia frente a Caligus rogercresseyi mediante una aproximación conocida como selección genómica, la cual incluye los efectos de todos los marcadores, independiente su nivel de significancia (Meuwissen y col., 2001).

Conclusiones y direcciones futuras

El progreso en la secuenciación del genoma de salmón Atlántico y trucha arcoíris, en conjunto con la disponibilidad de plataformas de genotipificación de SNPs de alto rendimiento y estrategias de secuenciación masiva para estas especies, constituyen una oportunidad única para la identificación y el descubrimiento de nuevas variantes genéticas a nivel de la molécula de ADN, involucradas en la resistencia a Caligus royercresseyi con una mayor resolución.

Adicionalmente, estrategias de genómica comparativa en estudios que incluyan especies resistentes a Caligus, como es el caso de salmón coho (Oncorhynchus kisutch), ayudarán en la comprensión de los mecanismos genéticos asociados a la resistencia frente a esta parasitosis. Esto último permitirá la identificación de regiones genómicas acotadas o variaciones causales involucradas en la respuesta diferencial de los peces frente al parásito.

La disponibilidad de esta información permitirá el desarrollo de nuevas alternativas para el control de la Caligidosis mediante la selección genética de reproductores más resistentes con una elevada eficiencia. De esta forma, será posible a disminuir los niveles carga parasitaria en salmón y trucha, utilizando una alternativa factible y sustentable.

 

Agradecimientos

Katharina Correa y María Eugenia López agradecen a Becas de Doctorado CONICYT. Liane Bassini agradece a Becas de Doctorado Capes (Gobierno de Brasil). Este trabajo ha sido financiado en parte por los proyectos Innova-Chile de Corfo (11IEI-12843) y U-inicia, VID, Universidad de Chile.

Referencias

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