La acuicultura es crucial para satisfacer la creciente demanda mundial de proteínas. Pero, ¿cómo podemos optimizar el crecimiento de los peces para lograr una industria más sostenible y productiva? La hibridación y la poliploidización, donde los peces combinan material genético de diferentes especies o tienen conjuntos adicionales de cromosomas, ofrecen posibilidades interesantes.
Los investigadores están descubriendo los secretos de los peces alotriploides, un tipo especial de pez con tasas de crecimiento más rápidas y tamaños corporales más grandes en comparación con sus padres diploides.
Un estudio de científicos de la Hunan Normal University (China) y de la South China Agricultural University, publicado en KeAi Journal Reproduction and Breeding, explora cómo estas técnicas desbloquean rasgos de crecimiento superiores en peces triploides, profundizando en el papel intrigante del ADN mitocondrial (ADNmt) y su interacción con genes nucleares. Comprender la relación entre el ADNmt y el crecimiento animal podría proporcionar información valiosa para la cría selectiva en la acuicultura.
El poder de combinar genomas
La hibridación, el cruce de diferentes especies, y la poliploidización, la presencia de cromosomas adicionales, son herramientas poderosas en el mejoramiento de plantas y animales. En los peces, la hibridación interespecífica se ha utilizado con éxito en carpas, salmones e incluso cíclidos para crear variedades con características económicas excepcionales, como un crecimiento más rápido.
La investigación se centra en la carpa cruciana roja y la carpa común, que comparten un evento distante de hibridación y duplicación del genoma hace millones de años.
El potencial de los peces triploides
Los peces triploides, con tres juegos de cromosomas, ofrecen una clara ventaja. Dado que sus gónadas (órganos reproductivos) están subdesarrollados, canalizan su energía hacia el crecimiento, lo que lleva a tasas de crecimiento más rápidas en comparación con sus padres diploides (dos juegos de cromosomas).
Esta investigación investiga dos poblaciones de peces alotriploides obtenidas al cruzar el linaje alopoliploide tanto con la carpa cruciana roja como con la carpa común.
Cuando se crían peces para la acuicultura, los científicos a menudo encuentran diferencias fenotípicas entre padres e hijos. Los alotripoides, peces con tres juegos de cromosomas en lugar de los dos habituales (diploides), son un buen ejemplo. Los estudios han demostrado que algunas poblaciones de alotriploides exhiben tasas de crecimiento significativamente más rápidas y mayor peso corporal, lo que las convierte en candidatas ideales para impulsar la producción pesquera.
El estudio: Revelando el motor del crecimiento
El estudio se centró en tres especies de peces:
- Carpa cruciana roja (Carassius auratus red var.)
- Carpa común (Cyprinus carpio L.)
- Dos variaciones alotriploides (3nR2C y 3nRC2)
Estos alotriploides se crearon retrocruzando un alotetraploide (un pez con cuatro juegos de cromosomas) con la carpa cruciana roja y la carpa común, respectivamente. Los alotriploides resultantes han sido decisivos en el crecimiento de la industria acuícola de China durante décadas.
Los investigadores realizaron una comparación meticulosa del número de copias del ADN mitocondrial (ADNmt) en los tejidos musculares y hepáticos de estos peces en diferentes estaciones. Las mitocondrias, las «centrales eléctricas» de las células, desempeñan un papel crucial en la producción de energía. Al analizar el número de copias del ADNmt, los científicos pudieron evaluar los niveles de actividad mitocondrial.
«La hibridación a distancia genera rápidamente diversos genotipos y fenotipos, lo que ofrece un rico recurso para estudiar el papel de la regulación genética en la configuración de los fenotipos», explica el coautor Li Ren, investigador del State Key Laboratory of Developmental Biology of Freshwater Fish en la Hunan Normal University. “El análisis del diámetro de la fibra muscular y el número de copias de ADNmt reveló una correlación positiva entre el tamaño individual y el diámetro de la fibra muscular en todos los tipos de peces. Además, surgió una fuerte correlación entre el número de copias del ADNmt muscular y el peso corporal”.
Los problemas invernales y el cambio metabólico
El estudio reveló una adaptación fascinante: durante el invierno, cuando la temperatura del agua baja (alrededor de 13°C), los peces alotriploides mostraron una disminución en el número de copias de ADNmt específicamente en sus tejidos musculares. Esto sugiere una reducción de la actividad individual y del gasto energético. Este cambio metabólico probablemente les ayude a conservar energía y mantener el peso corporal cuando la disponibilidad de alimentos es limitada en los meses más fríos.
“Esta disminución probablemente se corresponde con una reducción de la actividad individual y del gasto energético destinado a mantener el peso corporal, lo que podría contribuir a la heterosis de crecimiento observada en los peces alotriploides», añade Ren.
Además, el equipo de investigación investigó los niveles de expresión de genes específicos implicados en la función mitocondrial. Observaron un desequilibrio en la expresión alélica de ciertos genes en los peces alotriploides. Este desequilibrio podría influir potencialmente en la actividad mitocondrial y contribuir a sus tasas de crecimiento más rápidas.
Más allá del ADN: el papel de los genes
El estudio también exploró los niveles de expresión de genes específicos implicados en la función mitocondrial. Curiosamente, los investigadores observaron un desequilibrio en la expresión de ciertos genes dentro de los peces triploides. Este desequilibrio sugiere una interacción compleja entre genes y niveles de ploidía, que en última instancia influye en los rasgos de crecimiento.
Los investigadores analizaron los niveles de expresión de tres genes mitocondriales regulados nuclearmente (tfam, tfb1m y tfb2m). Curiosamente, encontraron una expresión alélica desequilibrada de tfam y tfb1m en los peces alotriploides. Ren destaca la compleja relación entre el ADNmt: «El número de copias y la eficiencia transcripcional del ADNmt animal están íntimamente ligados no sólo a las características del genoma del ADNmt en sí, sino también a la expresión de genes nucleares específicos. Sin embargo, en la actualidad, existe un vínculo directo entre Estos tres genes mitocondriales codificados nuclearmente y la variación del número de copias del ADNmt siguen siendo difíciles de alcanzar».
Un salto adelante en la piscicultura
Estos hallazgos proporcionan información valiosa sobre los mecanismos moleculares que regulan las diferencias de crecimiento entre peces con diferentes niveles de ploidía. Este conocimiento puede aprovecharse para desarrollar programas de cría más específicos para especies de peces específicas, lo que en última instancia conducirá a una industria acuícola más sostenible y productiva.
Conclusión
“Los hallazgos mejoran nuestra comprensión de los mecanismos reguladores moleculares que subyacen a las diferencias en los rasgos de crecimiento entre peces con diferentes niveles de ploidía” concluyen los científicos.
Al ajustar inteligentemente su metabolismo durante la escasez de recursos, estos peces demuestran una adaptación notable para el crecimiento. Esta investigación allana el camino para futuros avances en la cría de peces, revolucionando potencialmente la industria de la acuicultura.
Esta investigación fue apoyada por la National Natural Science Foundation of China, la Hunan Provincial Natural Science Foundation, la Huxiang Youth Talent Support Program, la Laboratory of Lingnan Modern Agriculture Project, el Special Funds for Construction of Innovative Provinces in Hunan Province, enmarcados en los fondos de China Agriculture Research System (CARS-45), y el 111 Project.
Contacto
Shaojun Liu
State Key Laboratory of Developmental Biology of Freshwater Fish, Engineering Research Center of Polyploid Fish Reproduction and Breeding of the State Education Ministry, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, 410081, China.
Email: lsj@hunnu.edu.cn
Li Ren
Email: renli_333@163.com
Referencia (acceso abierto)
Zhang, H., Luo, M., Tai, Y., Li, M., Cui, J., Gao, X., Ren, L., & Liu, S. (2024). MtDNA copy number contributes to growth diversity in allopolyploid fish. Reproduction and Breeding, 4(2), 55-60. https://doi.org/10.1016/j.repbre.2023.12.008
