EN NOMBRE PROPIO

Manchado (Ifapa): "Los esfuerzos en investigación genética están centrados en mejorar la precisión para hacer una acuicultura sostenible, basada en el conocimiento y la capacidad tecnológica"

viernes, 26 de febrero de 2021

Científico lenguados Ifapa



El Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera de la Junta de Andalucía (IFAPA) ha liderado los trabajos que han permitido organizar el genoma del lenguado en 21 cromosomas, mediante la combinación de secuencias de ADN muy largas y marcadores genéticos. Para conocer más de cerca este proyecto hemos hablado con Manuel Manchado, quien ha liderado esta iniciativa y nos ha concedido una entrevista para nuestra sección 'En nombre propio'...


El Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA) ha liderado los trabajos que han permitido organizar el genoma del lenguado en 21 cromosomas. ¿Cómo y cuándo nació la idea de llevar a cabo este proyecto? ¿Cuántas personas han participado?


IFAPA lleva investigando en genética de lenguado para su aplicación en la producción acuícola más de 15 años. Durante todo este período, las tecnologías de análisis genético han evolucionado enormemente permitiendo alcanzar una enorme precisión a nivel molecular. Este desarrollo nos ha permitido plantear retos cada vez más complejos como el descifrado del genoma para lo cual que requiere de equipos multidisciplinares muy especializados.


Esta idea surge como una evolución natural durante los proyectos de investigación y como parte de una tesis doctoral para mejorar la precisión de los planes de selección genética. De esta forma, se ha consiguiódo aunar los esfuerzos de bioinformáticos, genetistas y expertos en acuicultura tanto nacionales como internacionales de diferentes instituciones para generar un mapa físico de los 21 cromosomas del lenguado y desarrollar herramientas y marcadores con un impacto en la producción y que generarán varias publicaciones científicas algunas aún en revisión. De esta forma, en estos trabajos han colaborado investigadores de IFAPA, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Universidad de Málaga, Instituto Nacional de Toxicología y Ciencias Forenses de Sta. Cruz de Tenerife, CNAG-CRG, Centre for Genomic Regulation de Barcelona, Life Sequencing de Valencia y el Instituto ISEM de la Universidad de Montpellier.


¿Cuáles son los principales objetivos del proyecto?


Este trabajo y otros relacionados sobre el genoma que se publicarán en breve son parte de la tesis doctoral de Israel Guerrero y surgen a partir de un proyecto FEDER financiado por IFAPA (PR.AVA.AVA201601.9) cuyo objetivo era el desarrollo de nuevas herramientas de análisis genómico que impulsen la acuicultura del lenguado (solealgae). De esta forma, conseguimos abundante información genómica y marcadores moleculares generadas a partir de varis tecnologías de secuenciación masiva. Esta información fuer esencial para un ensamblaje inicial de genoma y que posteriormente se desarrolla en un proyecto coordinado financiado por la Agencia estatal de investigación para el "Estudio genómico y bioinformático de los factores que determinan la morfología y sus alteraciones en dorada y lenguado senegalés (Morfogen)" RTA2017-00054-C03. En dicho proyecto, mediante un amplio equipo multidisciplinar se aborda los estudios in silico de genoma y transcriptoma en lenguado y su aplicación a la mejora del crecimiento y su morfología.


Lenguados alevines 4 (Foto Ifapa)



¿Qué tecnologías se han llevado a cabo para lograr este proyecto?


Este proyecto ha sido tecnológicamente muy complejo ya que ha requerido por un lado la generación de familias en lenguado, el uso de varias tecnologías de secuenciación de secuencias cortas (Illumina) y largas (PacBio) para su posterior análisis con bioinformática para el ensamblaje y validación mediante ligamiento de marcadores genéticos. De esta forma, se ha conseguido estructurar y validar más del 90% de la información generada en 21 cromosomas. Una vez estructurado el genoma también se ha procedido a su anotación para identificar los principales genes y se ha comparado in silico con el genoma de otros peces planos para conocer los rasgos genéticos propios del lenguado.


¿Cuáles han sido las fases de esta investigación? ¿A qué retos se han tenido que enfrentar durante el desarrollo de la misma?


El primer reto que tuvimos que abordar y que nos llevó casi dos años es la consecución de familias de lenguado bien representadas. La reproducción de lenguado es muy complicada dada su conducta basada en el cortejo que produce grandes sesgos en las contribuciones de descendencia. Para abordar este reto, colaboramos con la empresa CUPIMAR y dentro de un programa de selección genética que desarrollamos con ellos pudimos obtener familias no emparentadas con representación suficiente para los análisis de ligamiento. Una vez conseguido, este reto inicial se extrajo sangre de 1 hembra parental usada como referencia y se procedió a la secuenciación y ensamblaje. La integración de los mapas genéticos y físicos fue otro gran reto porque es el que define la calidad del ensamblaje final. Los estudios in silico confirmaron la robustez del mapa conseguido y ha supuesto una gran apoyo para la formación predoctoral de una nueva generación de investigadores con gran preparación en herramientas genómicas aplicadas.


¿Por qué decidieron investigar sobre el lenguado y no otro tipo de especie?


El lenguado es la especie de acuicultura de mayor valor económico en la Unión Europea y con un gran potencial de mercado. El descenso de sus pesquerías principalmente en el Mar del Norte ha aumentado la demanda del lenguado de acuicultura especialmente para tallas medianas-grandes de más de 300-400 g. Hay que destacar que España es el principal productor con un alto potencial para crecer en los próximos años lo que proporciona una oportunidad para las empresas acuícola. La especie es tecnológicamente muy complicada por su reproducción, alimentación y hábitos de vida. La investigación genética es clave para encontrar animales bien adaptados a los sistemas de producción y, por ello, todos los esfuerzos están centrados en mejorar la precisión para hacer una acuicultura sostenible basada en el conocimiento y la capacidad tecnológica.


Lenguados 2 (Foto Ifapa)



¿Qué características biológicas tiene este animal?


Esta especie tiene rasgos muy singulares entre los peces y que tienen que considerarse durante su cría en cautividad. Se trata de una especie de hábitos nocturnos, tanto para la alimentación como la reproducción, por lo que requiere de ajustes en el tipo de luz que se usa en las instalaciones y los fotoperíodos para ajustar los patrones de alimentación a sus ritmos biológicos.


Otro aspecto es la metamorfosis y su plasticidad en el genoma para transformarse de una pez de simetría bilateral a un pez plano. Esta transformación que ocurre a edades muy tempranas supone no sólo una remodelación de la cabeza y cuerpo, sino un cambio en las características de la piel, su comportamiento, nutrición y fisiología. Esta transformación va ligada a la gran plasticidad del genoma del lenguado para adaptarse al ambiente que le rodea, lo que se conoce como epigénetica y que lo convierte en un increíble modelo animal para investigar aspectos relacionados con el cambio climático.


Finalmente, hay que destacar la conducta reproductiva con una pauta de cortejo muy compleja y que requiere el reconocimiento de la pareja compatible y su interacción con otros individuos de la población estableciendo un patrón de dominancia. Esta conducta tan especializada es una adaptación para producir progenie a partir de una baja producción de esperma y que algunos autores describen como una "pseudocopula" basada en la sincronización en la liberación de gametos por proximidad.


¿Qué beneficios tiene su consumo para la salud?


El lenguado produce una carne de alta calidad rica en ácidos grasos omega-3. Es de las pocas especies de peces marinos con capacidad para biosintetizarlos lo que lo convierte en un alimento fundamental en cualquier dieta equilibrada. La firmeza de su carne, la facilidad para obtener los filetes libres de espinas, así como la suavidad en la intensidad de su sabor favorece su consumo para todas las edades.


¿Podría emplearse en el futuro este resultado para el diseño de programas de selección genética que mejoren la producción de pescado? ¿Y a su comercialización?


Este trabajo y otros asociados al mismo y que están en desarrollo van orientados a aumentar la precisión de los programas de selección genética para animales mejor adaptados a las condiciones de producción y a las demandas del consumidor. Este avance tecnológico lo estamos integrando en los planes que actualmente desarrollamos y son especialmente útiles para variables complejas como son la resistencia a enfermedades. Con los mapas generados ya hemos obtenido marcadores ligados al sexo, al crecimiento y a la morfología. En lenguado las hembras crecen más que los machos y conseguir poblaciones con más hembras mejorarían las tasas de crecimiento. Por otro lado, en los aspectos morfológicos ya tenemos marcadores asociados a la elipsidad que son de gran utilidad por ejemplo para obtener más rendimiento en caso de productos de cuarta y quinta gama, así como comercializar peces con una buena aceptación por el consumidor.


¿Qué problemáticas en el control de la reproducción afectan a esta especie en cautividad?


La problemática de la reproducción del lenguado deriva de la poca producción de esperma y de la complejidad de la conducta durante el cortejo para sincronizar la liberación de gametos. Por un lado, el poco volumen de esperma hace muy difícil la aplicación de técnicas clásicas como las que ya se usan en rodaballo o lubina.


Respecto a la conducta, nos encontramos que los animales criados en cautividad no siempre desarrollan el cortejo. No se conocen las causas por las que el macho y la hembra no se reconocen. Estudios de varios grupos de investigación hemos validado que los machos a pesar de producir esperma de calidad en la mayoría de ocasiones no reconocen las hembras ni salvajes ni criadas en cautividad y no llevan a cabo el cortejo. Esta disfunción conductual representa no sólo un reto científico, sino que es la principal limitación para una producción sistemática y programada de esta especie y la que hasta ahora ha dificultado el desarrollo de esta acuicultura


Otro inconveniente de esta especie son las malformaciones esqueléticas que afectan a su producción. ¿Cómo influye este hecho en su crecimiento?


Las malformaciones esqueléticas son muy abundantes en el lenguado por su forma de vida bentónico. Las causas son variadas desde la nutrición al manejo. No obstante, en los últimos años, la formulación de piensos así como los sistemas de autolimpieza y la mejora de los protocolos operacionales han reducido las tasas de malformaciones. En los programas de selección genética se ha introducido la elipsidad como índice de calidad para obtener familias con mejor incidencia de malformaciones. Un aspecto llamativo con el cual nos hemos encontrado es que la elipsidad está asociado a un número diferencial de vértebras. Tal como se ha comentado anteriormente, la plasticidad del lenguado durante su desarrollo es enorme e incluso puede variar el número de vertebras caudales que puede fluctuar entre 35-37. Entender bien todos los procesos de remodelación en etapas juveniles es un campo aún por investigar. Al ser un animal que se alimenta en fondo y que pasa grandes periodos en reposo, los aspectos de desarrollo esquelético juegan un papel secundario en su crecimiento pero sí es clave en su comercialización por la percepción del consumidor del producto final.


¿Qué beneficios aporta este proyecto a la acuicultura?


La información generada abre la puerta a la nueva generación de herramientas genéticas para mejorar la producción en acuicultura. Vamos a conseguir más precisión en nuestra selección y vamos a poder aplicar modelos de selección genómica. Por otro lado, el genoma es una herramienta clave para estudiar la plasticidad y los mecanismos de regulación epigenética. Se abre una oportunidad para avanzar en aquellos aspectos aún poco comprendidos en el ciclo productivo.


Lenguados 7 (Foto Ifapa)



En la actualidad, ¿cómo es la colaboración entre investigación pública y privada en lo que respecta a transferencia tecnológica?


Desde IFAPA mantenemos una estrecha colaboración con las empresas productoras de lenguado y dorada. A través de los planes de selección genética y estudios en diferentes campos desde la nutrición, inmunología o tecnología de cultivo investigamos para avanzar con los modelos productivos que actualmente de desarrollan en Andalucía para aumentar su sostenibilidad e integración ambiental. De esta forma, tenemos contratos y convenios con varias empresas y colaboramos en proyectos de convocatorias nacionales e internacionales que son claves para captar y desarrollar nuevas tecnologías, así como para introducir la innovación dentro de las empresas como elemento de competitividad a medio-largo plazo.


Por último, Ifapa viene desarrollando trabajos e investigaciones en el campo de la acuicultura desde hace 20 años. ¿Cómo han ayudado estas investigaciones a la industria? ¿Cuál es el siguiente proyecto?


IFAPA ha sido clave para impulsar el cultivo del lenguado gracias a un gran desarrollo tecnológico desarrollado en la última década y reconocido a nivel europeo. Hoy aún seguimos trabajando y mejorando el ciclo de producción en colaboración con las empresas porque consideramos que es un nicho de gran potencial económico para Andalucía. Por otro lado, estamos trabajando en nuevas tecnologías de producción de moluscos de alto valor comercial como la almeja y la zamburiña así como en introducción de nuevos productos basados en modelos ecosostenibles como es el cereal marino. Toda esta actividad es en colaboración con empresas que pueden aplicar la tecnología in situ. Son muchos proyectos e ideas que se están desarrollando de novo pero podemos citar el proyecto europeo Bestbrood como una paso más para investigar la reproducción del lenguado para entender mejor y controlar su cortejo e incrementar la producción de gametos y apoyar así una acuicultura más inteligente, más competitiva y más sostenible.


EN NOMBRE PROPIO


Un libro… Steve Jobs, De Walter Isaacson.

Un color... El azul del océano

Un animal... El perro, por su fidelidad y amistad.

Una afición… La música de plectro

Un deseo... Una oportunidad para los jóvenes investigadores

Un día de la semana... El viernes

Una estación del año… La primavera

Una comida.... Arroz con caracoles

Un destino.... Meteora en la Tesalia griega

Un refrán...Si no encuentras tu camino, háztelo





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