Técnicas moleculares en la mejora genética de especies de interés en la acuicultura española

Resumen

RESUMEN (en español) El aumento de la población humana y el descenso del número de capturas globales por pesquería tradicional suponen un reto para la producción en cultivo, que debe continuar su aumento de producción para mantener el abastecimiento de la población en los niveles actuales. El aumento de producción pasa por la explotación de nuevas especies y la aplicación de modernas metodologías basadas en marcadores moleculares. En esta tesis doctoral, se ha estudiado la utilidad de diversos marcadores moleculares (loci microsatélites, ADN mitocondrial y AFLPs) en la creación y gestión de lotes reproductores en 2 especies de nueva incorporación en cultivo (besugo, Pagellus bogaraveo, y dentón, Dentex dentex), así como en la discriminación especie-específica entre siete especies relacionadas taxonómicamente. La ausencia de diferencias génicas significativas entre todas las muestras naturales de la costa española analizadas sugiere la existencia de una única población panmíctica de besugo que abarca ambas cuencas oceánicas (Mediterráneo y Atlántico). Dicha homogeneidad, como han sugerido otros autores, podría ser consecuencia de un fenómeno de extinción y recolonización en el Mar Mediterráneo desde el Océano Atlántico, idea que se ve reforzada en el origen monofilético de los haplotipos mitocondriales (región D-loop) detectados en este estudio, y cuyo bajo número sugiere la existencia de un reciente cuello de botella, probablemente causado por la sobreexplotación pesquera actual. Sin embargo, la ausencia de diferencias significativas en el análisis de loci microsatélite, sugiere que existe un flujo génico elevado entre las muestras, impidiendo la acumulación de diferencias entre ellas, lo que descarta la existencia de una barrera geográfica en la zona del Estrecho de Gibraltar para la dispersión de esta especie. La alta homogeneidad presente entre muestras no redundaría en un aumento de la variabilidad en la creación de un lote reproductor con individuos de origen geográfico diferente, por lo que se recomienda el uso de individuos autóctonos en la creación de lotes de cultivo. En este estudio, se observó que la selección de reproductores en base a criterios genéticos, frente a la selección por criterios morfológicos, supone una gran reducción en cuanto a la endogamia máxima presente en los lotes resultantes, lo que retrasaría la aparición de efectos deletéreos en sucesivas generaciones en un sistema de cultivo cerrado. El uso de loci microsatélites y metodologías de máxima probabilidad para la identificación de paternidades ha permitido determinar las dinámicas de puesta en dos especies (besugo y dentón) caracterizadas por tener puestas masivas y espontaneas. Se ha observado que la participación de los reproductores a lo largo del periodo de puesta es desigual y la presencia de individuos y parejas con mayor contribución cambia lo largo del tiempo. En general, se ha observado que la contribución diferencial de los reproductores implica una reducción del tamaño efectivo reproductor que se traduce en un mayor aumento de endogamia del inicialmente esperado en la siguiente generación, por lo que se hace necesario un control de las descendencias a través de los pedigrís establecidos mediante loci microsatélites. El seguimiento de las puestas a lo largo de varios años ha permitido observar el comportamiento sexual en especies hermafroditas protándricas (besugo) y no se ha observado ningún fenómeno de reversión sexual en los reproductores participantes durante un periodo de tres años. Por otro lado, la amplificación cruzada de loci microsatélites y los AFLPs analizados en siete especies de espáridos han permitido la discriminación especie específica de todas las especies con alto porcentaje de fiabilidad, lo que los convierte en una buena herramienta para la trazabilidad de productos procesados. La información aportada por los AFLPs en las siete especies de espáridos sugiere algunos taxones dentro de la familia Sparidae, creados en base a características morfológicas, no están sustentados por los datos moleculares, por lo que es necesaria una revisión de la taxonomía clásica de dicho taxón. RESUMEN (en otro idioma) Both steady growth of human population and decreasing capture fisheries are a great challenge to the aquaculture sector which must increase its production to keep the current per capita supplies. Including new species and molecular technologies are essential to successfully increment aquaculture global production. In this Thesis, several molecular markers (Mitochondrial DNA, loci microsatellites and AFLPs) have been tested as useful tools in the creation and management of breeding stocks for 2 new species (blackspot seabream, Pagellus bogaraveo, and common dentex, Dentex dentex)as well as specific markers to species identification in species of interest to Spanish aquaculture. Lack of genetic differences between samples along the Spanish coast suggested an unique panmictic population of blackspot seabream taking up both the two oceanographic basins (Mediterranean and Atlantic). The low number of haplotypes detected in the samples through the analysis of a 429 pb segment of the D-loop region (mtDNA) point out a recent bottleneck event, probably as consequence of current overexploitation. Inferred monophyletic origin of these haplotypes suggests an event of extinction and recolonization of the Mediterranean Sea by Atlantic migrants. However, high genetic homogeneity detected at microsatellite level shows a current high migration rate between samples (which avoids accumulation of differences), suggesting the lack of geographical barriers to gene flow between the sampled areas, even Strait of Gibraltar zone, for this species. Lack of genetic heterogeneity between samples does not lead to an increment of genetic variability by joining wild individuals from different geographical points, thus we encourage fish-farmers to create new broodstocks with strictly autochthons fish. In this research, an important reduction of maximum value of inbreeding has been reached as a result of using a genetic versus a morphological selection criterion in the creation of new broodstocks. This reduction plays an essential role to restrain the appearance of deleterious effects in future generations in a closed population breeding program. Microsatellite loci and parentage assignment based on maximum likelihood methodologies have allowed to know the spawning dynamics of two species (Blackspot seabream and common dentex) with spontaneous and massive spawning events. Unequal contribution during spawning period has been observed at individual and couple level with presence of 'dominant' breeders and couples varying along different sampled days. Unequal contribution implies a much lower effective breeding size than initially expected; therefore, the management through molecular technologies of spawns used as future breeders is a key methodology in close population breeding programs in order to avoid inbreeding effects. Likewise, the analysis of spawns from a protandric hermaphrodite species (blackspot seabream) through different years has shown no sexual reversion for any of the contributing males for three years. On the other hand, cross-amplification of loci microsatellites and AFLPs analysis in seven different sparid species have allowed high-reliability species-specific discrimination overall the samples, which means that there are useful and easy tools to food traceability in processed products. AFLP results suggest classic taxonomy of Sparidae family includes artificial taxons based on morphological characters which are not supported by new molecular data; hence, a revision of its classic taxonomy is needed.