La producción de poblaciones exclusivamente femeninas de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) es una estrategia clave en la acuicultura moderna debido a la maduración tardía y mayor tamaño de las hembras. Sin embargo, la aparición espontánea de machos o individuos intersexuales en lotes genéticamente XX representa un desafío.
Un reciente estudio publicado en PLOS One, por investigadores de Université Paris-Saclay, INRAE, AgroParisTech, de la The University of Edinburgh y de la Université Clermont-Auvergne, ha profundizado en el genoma de esta especie para refinar la localización de regiones genéticas (QTLs) asociadas a este fenómeno, identificando genes candidatos que podrían ser cruciales para entender y, potencialmente, controlar la masculinización espontánea.
Control del sexo en la trucha arcoíris
La determinación del sexo en peces es un proceso notablemente plástico, influenciado por factores genéticos y ambientales. En la trucha arcoíris, predomina un sistema de determinación sexual XX/XY, donde el sexo genético es masculino heterogamético. A pesar de esto, en poblaciones cultivadas compuestas teóricamente solo por hembras XX, los productores acuícolas observan con regularidad un pequeño porcentaje de individuos que desarrollan características masculinas o intersexuales. Esta masculinización espontánea es un rasgo con alta heredabilidad, controlado por genes modificadores menores aún por identificar completamente, aunque estudios previos ya habían detectado varios QTLs implicados.
El control del sexo y el desarrollo de poblaciones monosexo son de gran interés para la investigación del desarrollo reproductivo en vertebrados y para la mejora selectiva en peces. Particularmente en la trucha arcoíris, la producción de ejemplares de gran tamaño (más de 1 kg) para filetes frescos y ahumados es un mercado en crecimiento. Un obstáculo importante es la maduración temprana de los machos (1-2 años) en comparación con las hembras (2-3 años), lo que detiene el crecimiento, aumenta la susceptibilidad a patógenos y reduce la calidad de la carne. Por ello, las poblaciones de solo hembras son preferidas.
Actualmente, estas poblaciones se obtienen cruzando hembras XX revertidas hormonalmente (neomachos XX) con hembras XX. No obstante, la preocupación por los posibles riesgos para la salud humana y ambiental del uso de hormonas como la 17-alfa metiltestosterona hace que este método sea menos sostenible. Encontrar alternativas seguras y amigables con el consumidor y el medio ambiente para producir poblaciones de solo hembras es un reto fundamental.
Profundizando en el Genoma
El equipo de investigación utilizó enfoques basados en el genoma y diversos métodos estadísticos para investigar más a fondo los QTLs previamente identificados en una población comercial francesa en los cromosomas Omy1, Omy12 y Omy20.
El estudio tuvó dos objetivos principales:
- Validar la existencia de cuatro QTLs (dos en Omy1, uno en Omy12 y uno en Omy20) en seis poblaciones diferentes de trucha arcoíris francesas.
- Refinar la localización de estos QTLs en la población original donde fueron descubiertos, utilizando un nuevo ensamblaje del genoma de referencia (derivado de la línea Arlee, filogenéticamente más cercana a las poblaciones francesas) y combinando técnicas de aprendizaje automático (Random Forests) con análisis de componentes principales discriminantes (DAPC).
Para la validación, ellos genotiparon entre 30 y 77 peces XX por cada una de las seis poblaciones, incluyendo neomachos, utilizando paneles de SNPs (Polimorfismos de Nucleótido Único). Los científicos aplicaron la prueba exacta de Fisher para determinar la asociación entre los genotipos en cada SNP y el sexo fenotípico de los peces.
Para el refinamiento, los científicos re-analizaron las secuencias del genoma de 23 hembras reproductoras de la población de descubrimiento con proporciones extremas de descendencia revertida sexualmente (muy alta o muy baja). Ellos realizaron pruebas exactas de Fisher sobre todos los SNPs en regiones genómicas extendidas para definir nuevos límites para los QTLs.
Posteriormente, aplicaron análisis de Random Forests sobre haplotipos (combinaciones de SNPs) dentro de estas nuevas regiones QTL para identificar los haplotipos y genes candidatos posicionales más relevantes. Finalmente, un Análisis Discriminante de Componentes Principales (DAPC) se utilizó sobre los SNPs de los genes candidatos para encontrar las variantes que mejor discriminaban entre las reproductoras con alta o baja progenie masculinizada.
Los genes dentro de las regiones QTL fueron anotados utilizando la base de datos del genoma de referencia Arlee y se extrajo información funcional de bases de datos como GeneCards y UniProtKB/Swiss-Prot.
Hacia la Identificación de Genes Modificadores del Sexo
La investigación logró validar la implicación de marcadores de ADN, previamente identificados en los cromosomas Omy1, Omy12 y Omy20, en la masculinización espontánea en seis poblaciones diferentes de trucha de granja.
Validación de QTLs en Diversas Poblaciones:
- De los 173 SNPs probados, 117 mostraron un efecto significativo en al menos una población.
- En la población A, genéticamente cercana a la de descubrimiento, 50 SNPs en Omy1 tuvieron un efecto, y muchos de estos también mostraron efectos en las poblaciones B, C y E.
- Aunque ningún SNP en Omy12 u Omy20 tuvo efecto en la población A (posiblemente por problemas de muestreo de variantes raras), 7 SNPs en Omy12 y 13 SNPs en Omy20 sí mostraron efectos en otras poblaciones (C, D, E, F).
- El estudio identificó 90 SNPs con al menos un efecto putativo asociado en dos poblaciones de validación, y 63 SNPs con un efecto putativo en cuatro poblaciones o un efecto significativo claro en dos o más.
Refinamiento de las Regiones QTL y Genes Candidatos
El estudio definió nuevos límites extendidos para los QTLs, especialmente en el cromosoma Omy20, donde se sugieren ahora tres regiones distintas (Omy20_a, Omy20_b, Omy20_c).
Según los resultados del estudio existen varios genes candidatos funcionales que podrían estar involucrados en la masculinización espontánea al reducir la proliferación de células germinales y reprimir la oogénesis en truchas XX en ausencia del gen maestro determinante del sexo (sdY).
Los autores sugieren que los hallazgos son consistentes con un modelo donde la reversión sexual espontánea de hembra a macho en trucha arcoíris está asociada con factores genéticos capaces de reducir la proliferación de células germinales y detener la oogénesis.
Implicaciones para la piscicultura de trucha
Los resultados de este estudio tienen implicaciones significativas para la industria de la trucha arcoíris. La identificación de estos genes candidatos, en particular syndig1, tlx1 y hells en Omy1, así como khdrbs2 y csmd1 en Omy20, merece una investigación más profunda para validar sus roles como modificadores del sexo y su interacción con factores ambientales como la temperatura de cría.
Desde la perspectiva del productor acuícola, un mayor conocimiento sobre los efectos conjuntos de la base genética y los factores ambientales que determinan la reversión espontánea es crucial. Esto podría permitir:
- Erradicar la reversión sexual espontánea en los stocks de producción de solo hembras.
- Desarrollar métodos para producir neomachos libres de hormonas para la cría.
Es importante considerar que la alta heredabilidad de la masculinización espontánea en individuos XX sugiere que el uso de estos individuos masculinizados espontáneamente como progenitores aumentaría la frecuencia de descendencia masculinizada no deseada en stocks de solo hembras. Por lo tanto, se necesita un equilibrio entre el control genético y ambiental según el destino de los peces (plantel de reproductores vs. stock de producción de solo hembras).
Además, en un contexto de calentamiento global, comprender la interacción entre la genética y el ambiente que controla la masculinización espontánea es esencial tanto para las poblaciones cultivadas como para las silvestres. El impacto de la masculinización espontánea en la dinámica poblacional y la aptitud de las truchas arcoíris silvestres sigue siendo desconocido y merece más atención, ya que este fenómeno, impulsado por factores ambientales, podría volverse más frecuente con el aumento de la temperatura del agua.
Conclusión
Este estudio representa un avance significativo en la comprensión de la base genética de la reversión sexual espontánea en la trucha arcoíris XX. Al validar QTLs en múltiples poblaciones y refinar su localización hasta señalar genes candidatos con funciones biológicas plausibles, se abren nuevas vías para la investigación y la aplicación práctica en la acuicultura.
La confirmación de la importancia de regiones genómicas en los cromosomas Omy1, Omy12 y Omy20 como regiones determinantes menores del sexo en la trucha arcoíris, y la propuesta de genes como syndig1, tlx1, hells, gbf1, arfgef3, khdrbs2, dst, hmgcll1, csmd1, lrrc59 y caskin2, sienta las bases para futuros estudios enfocados en validar las variantes causales precisas y los roles funcionales de estos genes. Esta investigación no solo beneficia a la industria de la trucha, sino que también contribuye al conocimiento más amplio de los complejos mecanismos de determinación y diferenciación sexual en los peces, un área donde aún queda mucho por descubrir.
Contacto
Florence Phocas
Université Paris-Saclay, INRAE, AgroParisTech
GABI, 78350, Jouy-en-Josas, France
Email: florence.phocas@inrae.fr
Referencia (acceso abierto)
Dehaullon A, Fraslin C, Bestin A, Poncet C, Guiguen Y, Quillet E, et al. (2025) In-depth investigation of genome to refine QTL positions for spontaneous sex-reversal in XX rainbow trout. PLoS One 20(5): e0313464. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0313464
Editor de la revista digital AquaHoy. Biólogo Acuicultor titulado por la Universidad Nacional del Santa (UNS) y Máster en Gestión de la Ciencia y la Innovación por la Universidad Politécnica de Valencia, con diplomados en Innovación Empresarial y Gestión de la Innovación. Posee amplia experiencia en el sector acuícola y pesquero, habiendo liderado la Unidad de Innovación en Pesca del Programa Nacional de Innovación en Pesca y Acuicultura (PNIPA). Ha sido consultor senior en vigilancia tecnológica, formulador y asesor de proyectos de innovación, y docente en la UNS. Es miembro del Colegio de Biólogos del Perú y ha sido reconocido por la World Aquaculture Society (WAS) en 2016 por su aporte a la acuicultura.
