por Kaja Skjærven, Institute of Marine Research
El comportamiento y las condiciones ambientales afectan la forma en que se expresan los genes. Una nueva investigación demuestra cómo la epigenética puede ser muy relevante para la industria de la acuicultura.
“Epi”, que viene del griego, significa encima o sobre. La epigenética describe una capa de información, parecida a una etiqueta, que se agrega al gen y regula su uso.
Pequeñas etiquetas epigenéticas pueden adherirse a los genes durante la vida de un organismo, bloqueando las influencias ambientales sobre cómo se expresan los genes en el organismo. Las etiquetas específicas también se pueden transmitir de los padres a la siguiente generación, lo que afecta la herencia de los rasgos característicos (fenotipos).
En otras palabras, la vieja frase que dice que “los viejos hábitos son difíciles de morir” no solo puede estar arraigada en la mente a través de patrones de pensamiento, sino también adherida a sus genes.
La investigación se basó en el conocimiento sobre los ratones
Uno de los estudios epigenéticos más importantes muestra que la nutrición de una madre ratón determina si sus crías se vuelven amarillas y gordas o marrones y delgadas.
Fascinados por ese resultado, comenzamos a investigar si los fenotipos de los peces también están influenciados epigenéticamente por el alimento que reciben.
Esto es de gran importancia en la acuicultura, debido a que las etiquetas pueden estimular el desarrollo de rasgos beneficiosos o posiblemente dificultar el desarrollo de peces robustos.
Etiquetas se pueden heredar en los peces
Inicialmente usamos peces cebra para probar si el alimento que se le daba a los peces tenía un impacto en su descendencia.
En un experimento, le dimos a los padres un alimento con bajo contenido de vitamina B, mientras que las crías recibieron suficiente vitamina B. Luego los comparamos con un grupo de control donde tanto los padres como las crías recibieron suficiente vitamina B (see https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27731423/ ).
Cuando la descendencia alcanzó la edad adulta, examinamos sus hígados más de cerca.
Los primero que notamos fue que el grupo experimental tenía hígados de color más claro que el grupo de control. Una investigación más detallada reveló que las células del hígado contenían más grasa, lo que se asocia con una mala salud.
Además, el análisis mostró que los genes involucrados en la regulación de la grasa fueron utilizados de manera diferente por los dos grupos.
Miles de etiquetas en el ADN de las crías habían sido cambiadas por la cantidad de vitamina B en el alimento consumido por los padres.
Este fue el primer resultado para verificar que el alimento para peces puede afectar la salud a través de la epigenética de las crías de peces, ya sea a través de cambios en las etiquetas heredadas en el ADN o a través de los nutrientes localizados en el saco vitelino (see https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29445184/ ).
El resultado indica una posibilidad para que la industria de la acuicultura controle epigenéticamente el fenotipo de los peces que produce, asegurando que la alimentación de los padres no se convierta en un viejo hábito que muere con dificultad en su descendencia.
Dosis de micronutrientes afectan las etiquetas epigenéticas en el salmón
Recientemente completamos un proyecto de investigación sobre el salmón, en el que abordamos cuatro preguntas epigenéticas que son relevantes para la industria de la acuacultura.
La primera pregunta que queríamos analizar era si las etiquetas y la forma en que se usaban los genes estaban influenciadas por los ingredientes del alimento que se le daba al salmón.
Resultó que los micronutrientes en el alimento pueden afectar directamente a las etiquetas de manera dependiente de la dosis. Estos fue particularmente cierto en el caso de los genes que desempeñan un papel clave en la regulación de la grasa (see https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33315488/ ).
Si los ingredientes del alimento no satisfacen las necesidades de los peces, las etiquetas pueden convertirse en un viejo hábito que muere con dificultad y, por lo tanto, debilita la salud de los peces.
Preparación epigenética de pre-smolts
El segundo problema que investigamos fue si los micronutrientes en el alimento afectan el crecimiento durante la esmoltificación al regular las etiquetas epigenéticas que regulan qué genes se expresan.
Una vez más, observamos que el alimento afectó la forma en que se usaron los genes antes de la esmoltificación. Pero el impacto fue mayor tres meses después de la esmoltificación, mientras que se mejoró el crecimiento durante la etapa post-smolt (see https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34176547/ ).
Estos resultados mostraron que la alimentación suministrada en la etapa pre-smolt puede proporcionar la base para una esmoltificación exitosa. Los resultados relacionados con las etiquetas epigenética se publicarán en 2022.
Para la industria acuícola, las condiciones ambientales en las que se mantienen los pre-smolts puede ser de vital importancia. Si las condiciones ambientales no son favorables, las etiquetas pueden convertirse en un viejo hábito que muere independientemente de cómo se tratan durante la etapa de post-smolt.
El tiempo de desove afecta la herencia epigenética
El tercer tema que estudiamos fue si el momento del desove en el salmón podría afectar a su descendencia.
Aquí no hemos terminado de analizar las etiquetas. Pero los resultados preliminares muestran que los niveles de micronutrientes en los huevos variaron según el momento de la temporada de desove (see https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32376458/ ), así como en un nuevo artículo que ha sido aceptado para su publicación en la revista Aquaculture.
El alcance de estos resultados, en otras palabras, la dependencia de las etiquetas epigenéticas de los micronutrientes, los resultados relacionados con cómo se usan los genes y el análisis avanzado de las etiquetas, sugiere que los cimientos de varios fenotipos se limitan a la “herencia” de la madre.
La “herencia” incluye tanto las etiquetas heredades en el ADN de la madre como la influencia a través del contenido del saco vitelino, incluidos los niveles de micronutrientes. El material genético de los reproductores (su secuencia de ADN) en las diversas temporadas de desove investigadas aquí, se originó en la misma línea de reproductores, y todos los huevos fueron fertilizados por el mismo padre.
Para la industria acuícola, existe la posibilidad de ajustar los factores ambientales (nutrición, regímenes de alimentación, estado nutricional, temperatura y luz) a los que están expuestos los reproductores para ajustar las etiquetas epigenéticas en la descendencia y, por lo tanto, alterar características específicas (fenotipos).
¿Hay herencia epigenética del padre?
En varios organismos modelo, se ha encontrado que las etiquetas heredadas del padre también se pueden transmitir a la descendencia.
Comenzamos analizando si la nutrición del padre reproductor puede afectar las etiquetas epigenéticas en el tejido que contiene el ADN que se transmitirá a la siguiente generación. Los resultados mostraron que las etiquetas de ADN del tejido gonadal también son muy sensibles a la nutrición del padre reproductor (see https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35144563/). Todavía no se sabe si estas etiquetas se transmiten a la próxima generación, pero según la investigación que involucra a otros organismos modelo, esperaríamos que sí.
De lo anterior, está claro que la investigación epigenética es de gran relevancia para la industria acuícola. Entre otras cosas, puede descubrir las formas en que los piscicultores pueden adaptar mejor sus peces a la vida en una jaula, ajustando las etiquetas heredadas, de modo que los viejos hábitos de sus madres y/o padres reproductores no mueran con fuerza en la descendencia.
Contacto
Kaja Skjærven
Forsker
97142241
Kaja.Skjaerven@hi.no
References (acceso abierto):
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Kaja H. Skjærven, Eystein Oveland, Maren Mommens, Elisa Samori, Takaya Saito, Anne-Catrin Adam, Marit Espe. 2020. Out-of-season spawning affects the nutritional status and gene expression in both Atlantic salmon female broodstock and their offspring. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, Volume 247, 2020, 110717, ISSN 1095-6433, https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2020.110717.
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