Genética

Regulación genética y epigenética del crecimiento, reproducción y resistencia a enfermedades

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By Milthon Lujan

Los mayores avances en estudios genómicos y de genética en la acuicultura se han realizado en la última década. Sin embargo, la investigación sobre la regulación epigenética en rasgos de interés de las especies acuícolas aún está en la etapa inicial.

Regulación de la epigenética de la expresión de genes en el contexto del dogma central. Fuente: Liu et al. (2022).
Regulación de la epigenética de la expresión de genes en el contexto del dogma central. Fuente: Liu et al. (2022).

Los investigadores de la Syracuse University y de la Xiamen University publicaron un estudio sobre el progreso en conocer la regulación genética y epigenética de importantes rasgos en las especies acuícolas como el crecimiento, la reproducción, la resistencia a las enfermedades y las respuestas al estrés.

Rasgos de importancia económica en la acuicultura

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Los rasgos de importancia económica para las especies acuícolas incluyen la tasa de crecimiento, la eficiencia de conversión del alimento, la resistencia a las enfermedades, la tolerancia al estrés, el éxito reproductivo y la producción.

De estos rasgos, la resistencia a las enfermedades continúa siendo la prioridad principal para la producción acuícola debido a que los problemas de enfermedad constituyen la principal causa de pérdidas económicas en las granjas acuícolas.

La mayoría de los rasgos, si no todos, están regulados tanto a nivel genético como epigenético y, como tal, la comprensión de la regulación genética y epigenética de los rasgos acuícolas de importancia económica es de alta prioridad para la investigación en genómica y genética acuícola.

El estudio publicado se centra en la metilación del ADN y su regulación en la expresión genómica relacionada a los rasgos acuícolas.

Genomas de referencia

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Según los investigadores se dispone de las secuencias del genoma para muchas de las principales especies acuícolas. Sin embargo, las secuencias de genoma bien ensamblados con anotaciones son limitados.

En la actualidad, existen casi 900 genomas eucariotas que han sido registrados en el National Center for Biotechnology Information (NCBI), y se vienen incrementando a una velocidad de cerca de 150 especies adicionales por año.

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“Los genomas registrados a la fecha incluye 142 especies de peces, 42 ‘otros vertebrados’ y 69 ‘otros invertebrados’ donde se encuentran muchas de las especies acuícolas”, reportan.

El registro del genoma es importante debido a que una secuencia de genoma facilita la investigación genética y epigenética, permitiendo que los rasgos de importancia económica en la acuicultura sean estudiados de forma más efectiva y eficiente.

Regulación del crecimiento

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El crecimiento se encuentra entre los más importantes rasgos para la producción acuícola. Sin embargo, debido a que el crecimiento puede ser seleccionado por fenotipos, el trabajo en genética y genómica en el crecimiento es limitado.

Los estudios genómicos han permitido la identificación de nuevos genes que controlan el crecimiento. Por ejemplo, se han identificado significativos QTL de crecimiento de tilapia, bagre del canal y lubina asiática.

Asimismo, en el caso de las ostras se han identificado un grupo de genes que son importantes para la biomineralización y el crecimiento.

Por otro lado, se han realizado pocos estudios de regulación epigenética del rasgo de crecimiento en especies de peces y mariscos.

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Los investigadores reportan diferencias de metilación entre el músculo lento y rápido en Takifugu rubripes. En las carpas alotriploides, la heterosis y el crecimiento están regulados por la metilación del ADN. En tilapias hembras se observó un aumentó de la metilación en el gen promotor de la hormona del crecimiento (GH).

Regulación de la resistencia a las enfermedades

Se han realizado grandes esfuerzos para conocer la base molecular para la resistencia a las enfermedades. Los estudios genéticos se han focalizado en la identificación de QTL que controlan la resistencia o susceptibilidad a las enfermedades, y la determinación de los genes causales.

Un buen ejemplo es la determinación de resistencia para el virus de la necrosis pancreática infecciosa (IPNV) en salmón del Atlántico.

Diversos estudios sobre QTL se han realizado para identificar las variantes genéticas y las regiones genómicas asociadas con la resistencia a las enfermedades en varias especies acuícolas, incluidas el bagre del canal, el salmón del Atlántico, la trucha arcoíris, la lubina asiática y el lenguado japonés.

Regulación del estrés por calor

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El estrés por calor es un creciente problema para los organismos acuáticos con la tendencia del cambio climático. La tolerancia al estrés por calor es particularmente importante para las especies de agua templadas y frías.

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Los investigadores reportan que se han realizado muchos estudios con salmónidos. El QTL para la tolerancia a temperaturas elevadas ha sido identificado, y se han desarrollado variedades de trucha arcoíris tolerantes a las temperaturas elevadas.

La investigación genética en la tolerancia al estrés por calor con peces de aguas cálidas es rara.

La temperatura es probablemente el factor ambiental más frecuente y más importante para los animales poiquilotermos como los peces. Un cambio de solo pocos grados de temperatura genera que miles de genes se expresen de forma diferente.

Tolerancia a bajos niveles de oxígeno

Los organismos acuáticos enfrentan frecuentes variaciones en el oxígeno disuelto en el agua. Bajo condiciones de acuicultura, la hipoxia puede ser causada por fenómenos naturales (por ejemplo el clima, la temperatura o un bajo flujo de agua), la contaminación del agua y la eutrofización, alta densidad de cultivo o un inapropiado uso de la aireación.

Durante el ciclo de producción, las especies acuícolas experimentan grandes niveles de variación en el oxígeno disuelto.

Se han realizado investigaciones sobre genética y genómica para identificar los genes vinculados a la tolerancia con niveles bajos de oxígeno en el agua. En el bagre, los análisis QTL fueron realizados para localizar los genes de tolerancia a bajos niveles de oxígeno.

Asimismo, se tienen importantes progresos para conocer la participación de la metilación del ADN en la tolerancia de la hipoxia y la anoxia.

Determinación del sexo y regulación de la diferenciación sexual

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Los peces teleósteos exhiben un tremendo nivel de diversidad y plasticidad en la determinación del sexo. No solo los genotipos son importantes para la determinación del sexo, en muchos casos el ambiente, especialmente la temperatura, puede ejercer un efecto en la determinación del sexo.

La determinación genética del sexo (GSD) y la determinación del sexo dependiente de la temperatura (TSD) pueden presentarse en la misma o diferentes especies.

Se han realizado muchas investigaciones con la determinación y diferenciación del sexo. El primer gen de determinación del sexo fue identificado en el medaka.

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Los estudiso sobre la regulación epigenética de la determinación y/o diferenciación del sexo se han enfocado en:

  • Dimorfismo sexual en los modelos de metilación del ADN;
  • Regulación epigenética a través de la metilación del ADN de los genes clave involucrados en la red genética reguladora de la determinación del sexo y/o la diferenciación sexual; y,
  • Implicación de la regulación epigenética en la inversión sexual inducida por la temperatura (u otros factores).

Perspectivas

Aunque la literatura actual de la regulación epigenética de los rasgos de importancia económica en la acuicultura es limitada, es evidente que la regulación epigenética está involucrada en la mayoría, si no en todas, las características importantes para la acuacultura.

La importancia de la expresión cualitativa y cuantitativa de los genes, y las regulaciones de metilación del AND, se refleja en los procesos normales del ciclo de vida y en respuesta al entorno en constante cambio.

Referencia (acceso abierto):
Liu Zhanjiang, Zhou Tao, Gao Dongya. 2022. Genetic and epigenetic regulation of growth, reproduction, disease resistance and stress responses in aquaculture. Front. Mar. Sci., 22 November 2022, Sec. Marine Fisheries, Aquaculture and Living Resources. https://doi.org/10.3389/fmars.2022.1055560

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