La genética y los recursos pesqueros: estudio de caso Bacalao Bacalao Dra. Paola Acuña
Que es la genética?: rama de la biología que los genes y los mecanismos que regulan la transmisión de los caracteres hereditarios. Que es el ADN y para que sirve? -ADN ácido desoxirribonucleico. -Molécula que lleva la información genética utilizada por una célula para la creación de proteínas. -El ADN contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos. -La función principal de las moléculas de ADN es el almacenamiento a largo plazo de la información genética. De que esta formado el ADN? De un azúcar, nucleótido (base nitrogenada y un fofato) Dónde se encuentra? EL ADN se encuentra en el núcleo de cada una de las células eucariotas que forman un organismos compactado en los cromosomas. Genética y ADN Estructura de ADN nuclear
Pero como saben las células lo que deben hacer para formar un organismo completo y funcional? Los organismos eucariota, (hombre, el bacalao o la centolla) todas las células de su cuerpo o somáticas presentan la misma información genética no así las células germinales, óvulos y espermatozoides, que presentan sólo la mitad de ella-. Por medio de la reproducción sexuada de los individuos esa información es permanentemente reordenada y transmitida a los descendientes. La célula es la unidad anatómica funcional de la vida
ADN nuclear ADN mitocondrial Localización Núcleo Mitocondria N de copias por célula 2 100-1000 Herencia 50% paterna 50% materna 100% materna Estructura de ADN Lineal Circular Número de nucleótidos 3.000.000 16.569 Entrega de información Reciente Pasada Tasa de mutación 0,3% 3% Diferencias entre el ADN nuclear y mitocondrial (ADNmt)
Gen es un segmento de ADN codificante, es decir, al ser leído entrega un producto. El genoma mitocondrial contiene 37 genes que participan en la fosforilación oxidativa, proceso metabólico que da energía a la célula. El genoma nuclear a diferencia se compone de 20.000 a 25.000 genes que participan en infinidades de procesos para llevar a cabo el funcionamiento de un organismo. Si bien lo más famoso del genoma son los genes, es decir, aquellas regiones del genoma que contienen el código para formar proteínas o secuencias de RNA, no es lo único que podemos encontrar en el genoma, también existen otros elementos genéticos, como las regiones regulatorias, que se encuentran en la vecindad de los genes, y cuya función radica en regular la participación de un gen en toda la vida de un organismo.
Herencia Genética Todos nos hemos preguntado como se define el color de nuestros ojos, bueno este y otros rasgos, son heredados de nuestros padres ya que la herencia radica en la información contenida en el ADN que se transmite a los hijos. Heredamos de nuestros padres dos juegos de cromosomas. Cada par de cromosomas contiene para cada carácter una pareja de genes en posiciones iguales. Estos dos genes que portan la información para la misma característica se denominan alelos. Los alelos no necesariamente portan la misma información.
Genética de poblaciones Tiene como principal objetivo conocer la variabilidad dentro de las especies e identificar cuál es la causa de esta variación. Variabilidad genética Diferencias en el material genético de una población o especie. Los individuos de la misma especie comparten ciertas características pero no son idénticos. Principales fuentes de variación: mutación y recombinación (reproducción sexual)
Población Población Mayor variabilidad genética Menor variabilidad genética Conociendo la variabilidad genética podemos Inferir sobre estructura genética de la población. Mayor probabilidad de sobrevivir a cambios en el ambiente o adversidades. Estructura genética: Distribución de la variabilidad genética dentro y entre las poblaciones.
Definición de Stock Grupo de organismos que tienen una área de desove común, a la cual los adultos retornan cada año (Cushing 1968). Población de organismos que comparten un pool de genes y es suficientemente discreta para ser considerada como un sistema autoperpetuante que puede ser manejado (Larking 1972). Grupo intra-especifico de organismos que se aparean aleatoriamente con integridad espacial y temporal (Idssen y col, 1981). Grupo de organismos de una especie que tienen los mismos indicadores de mortalidad y características fisiológicas y habitan en una área especifica (Sparre y col 1989).
Definiendo stocks genéticos Grupo de individuos de la misma especie que se reproducen al azar y comparten una misma área. g Cada uno de estos grupos se reproduce de forma aislada. Los individuos de un stock comparten haplotipos que difieren de otro stock. Pero también pueden haber zonas de mezcla. Por lo tanto cada stock genético es distinto de otro y se espera tenga un manejo pesquero específico.
Cómo analizamos diferencias poblacionales? Análisis morfológica geométrica Análisis genéticos: Microsatélites ADN mitocondrial
Análisis genéticos: microsatélites y ANDmt Las diferencias poblacionales también se pueden analizar utilizando marcadores moleculares. Estos son segmentos de ADN con una ubicación física identificable en un cromosoma. ADNmt Alto poder de resolución Fácilmente reproducibles ADNn Sensibles para discriminar entre individuos muy relacionados Detectables en cualquier etapa del desarrollo y época del año Altamente variables y distribuidos en todo el genoma
Definiendo stocks mediante marcadores moleculares ADNmt Información de flujo genético histórico. Historia evolutiva Genes fundadores Estructura de poblaciones Conocer el pool genético (Base para acuicultura) Filogenia de las especies ligados al linaje materno. Denominación de origen, identificación geográfica Trazabilidad Información de flujo genético reciente, migración de las poblaciones (frecuencias alélicas, deriva génica y flujo genético). Microsatélites Alta variabilidad. Estudios de variación genética dentro y entre las especies Definir unidades de manejo (stocks). Determinar el origen de individuos. Estimación tamaño efectivo poblacional (Ne).
Qué es el tamaño efectivo de población (Ne) y para qué sirve conocerlo? Es un parámetro clave en conservación y genética de poblaciones por su relación inversa con los incrementos de consanguinidad, las pérdidas de variabilidad genética debidas a deriva genética y sus posibilidades de adaptación a cambios ambientales. Deriva génica TIEMPO La deriva génica es el azar actuando sobre las frecuencias alélicas presentes en la población, tiene mayor impacto si el tamaño de la población es pequeño, en este caso se perderán con mayor rapidez los alelos menos representados en la población.
Qué es el tamaño efectivo de población (Ne) y para qué sirve conocerlo? Cuando las poblaciones disminuyen o están a punto de desaparecer se dice que pasan por un cuello de botella genético. Las generaciones posteriores tendrán solamente el ADN de algunos de los individuos sobrevivientes. Si el acervo genético de los progenitores es menos diversificado que el que existía en la población original, las generaciones subsecuentes tendrán un déficit en la diversidad genética.
Otros factores que determinan el Ne Varios factores adicionales determinan el Ne: Proporción de sexos: Ne disminuye por desviaciones de una proporción igual de sexos. Número desigual de la progenie: En una población ideal la progenie debería ser uniforme entre las diferentes familias. Si la progenie de unas pocas familias es mucho mayor, Ne disminuirá. Cautiverio con fines de conservación o cultivo: Se debe tener cuidado de estos efectos y mantener un Ne tal que mantenga la salud y adaptación de sus stocks. Algunos alelos con muy bajas frecuencias en las poblaciones naturales (muy propensos a que se pierdan durante un cuello de botella) pueden ser muy importantes. Tales alelos pueden significar la diferencia entre la supervivencia y la extinción. Es probable que pase lo mismo con los genes de resistencia en general. Por ello, parecería que las poblaciones de peces que sufran un cuello de botella puedan no ser afectadas notoriamente, hasta que una epidemia afecte a la población. Sólo entonces la pérdida de estos genes de resistencia sería detectable.
Acuicultura La acuicultura es la técnica que permite aumentar la producción de animales y plantas acuáticas para consumo humano, por medio de cierto control de los organismos y de su medio ambiente. Surge de la necesidad de dar solución a los efectos de la sobrepesca. Tipos de acuicultura: Obtención de peces u otros animales en criaderos para soltarlos en el mar o en agua dulce, con objeto de que sean capturados cuando alcancen el tamaño comercial. Captura de juveniles silvestres, su cautiverio y cuidado. En algunos casos, se han creado pesquerías especiales para mantener en cautiverio a organismos juveniles. Cría de juveniles de huevos obtenidos de poblaciones silvestres, retenidos y alimentados en corrales hasta que alcanzan el tamaño comercial. El cultivo de ostiones, mejillones y otros moluscos forma un tipo especial de actividad que se realiza en aguas costeras y estuarinas. Eclosión de huevos, la cría de juveniles en estanques u otros corrales hasta que alcanzan el tamaño comercial, y el mantenimiento de los pie de cría.
Acuicultura Existen cerca de 567 especies acuáticas que se cultivan actualmente en todo el mundo, lo que representa una enorme riqueza de diversidad genética dentro y entre las especies Ejemplo de cultivo:
Entre las o soluciones planteadas para subsanar la sobrepesca se encuentra el repoblamiento pero sin una correcta orientación genética y reproductiva de los lotes utilizados en estos programas, poblaciones naturales de peces y el ecosistema pueden ser afectados. El repoblamiento: es el proceso y el resultado de poblar nuevamente algo. Puede utilizarse para nombrar el proceso de plantar otra vez especies que antes formaban parte de un terreno y ahora no. La repoblación marina para reponer poblaciones naturales ha sido criticado principalmente por ocasionar la pérdida de diversidad genética natural y no siempre tiene los resultados favorables esperados. Un ejemplo de ello es la constante reducción de las poblaciones de bacalao del Atlántico. A pesar de que América del Norte y Noruega han liberado millones de ejemplares para el repoblamiento. Sin embargo hay que tomar en cuenta que este proceso no se realizó de forma adecuada.
El aumento de la producción en la Acuicultura siempre ha implicado el desarrollo o la transferencia de tecnologías de manejo de las especies de peces que implican la producción de semilla y su traslado hasta los lugares de crecimiento o ceba. Las diversas formas de explotación pesquera empleadas actualmente en el mundo pueden ser agrupadas en tres tipos fundamentales, cultivo extensivo, en el que la semilla es sembrada directamente al medio natural y su sustento depende exclusivamente del ambiente sin intervención del hombre, el cultivo semi-intensivo, en el cual se siembran en medianos y pequeños embalses pero el hombre interactúa mediante la fertilización o el suministro de cantidades limitadas de alimento para mejorar las condiciones naturales, y por último el cultivo intensivo, en el que el hombre crea ambientes totalmente artificiales en el cual los peces dependen para su sustento exclusivamente del alimento artificial. La forma primordial de aumentar la producción pesquera en los países emergentes ha sido mediante el mejoramiento de las técnicas tradicionales de explotación de embalses y ríos mediante el cultivo extensivo.
Principal aplicación de la genética en la acuicultura. La genética en la acuicultura permite la selección de reproductores con características de interés, para la obtención de progenie de alta calidad mediante programa de mejoramiento genético Los individuos destinados a formar el stock inicial de reproductores de una planta de acuicultura suelen ser obtenidos en la naturaleza. Es imprescindible desarrollar herramientas moleculares que permitan conocer la diversidad y las relaciones de parentesco entre todos los individuos del stock, ya que los planes de selección familiar se basan en la explotación de la diversidad genética existente dentro y entre familias para obtener la mayor ganancia por generación. Para ello, se diseñan los cruzamientos entre los reproductores atendiendo a su valor o caracteristica mejorante y evitando siempre los efectos perniciosos de los cruzamientos consanguíneos.
La genómica ha supuesto un avance revolucionario en este conocimiento y pone a disposición los marcadores genéticos asociados a los caracteres de interés comercial. La selección asistida por marcadores permite una mayor eficiencia en el proceso de selección que la basada exclusivamente en el parentesco y fenotipo de los individuos. Analizando estos marcadores en los individuos del stock se pueden identificar los reproductores que tengan en su ADN la potencialidad de responder mejor en el proceso de selección.
Estudios Morfológicos Una de las aproximaciones relevantes para esclarecer la clasificación de especies es la morfometría, que estudia la variación de la forma de los organismos. Morfometría tradicional: Analiza variables como longitudes, anchos y alturas sin la posibilidad de abstraer la forma de los organismos. Morfometría Geométrica: estudio de la forma en un espacio bi o tridimensional para investigar los cambios morfológicos. Estos cambios se visualizan mediante un conjunto de puntos morfométricos los cuales se encuentran en la misma ubicación de un organismo a otro, permitiendo abstraer la forma mediante programas computacionales.
Morfometría Geométrica CAPTURA DE IMAGEN Contraste y Escalas (mismo color de la muestra) Posición de la escala y altura (Área). Macro, Luz (artificial, natural). Tamaño y tipo del archivo. Código fotos y Programas de edición Aplicaciones Diferencias dentro o entre poblaciones Diferencia entre macho y hembra. Diferencias entre poblaciones según su distribución geográfica Cambios en la desviación de la simetría Cambios producidos durante el ciclo de vida Cambios morfológicos producto de los genes Diferencias morfológicas con grandes cambios Cambios en la forma de restos materiales utilizados en la antigüedad
Qué es trazabilidad? La trazabilidad de producto consiste en un conjunto de medidas, acciones y procedimientos que permiten registrar e identificar cada producto desde su origen hasta su destino final. Existen diferentes técnicas para realizarlo. Unas de ellas utiliza el material genético en la identificación de productos alimenticios. Para lograrlo es necesaria la obtención de marcadores moleculares que permitan obtener una "huella digital genética" y de esta forma diferenciar a los organismos y así poder realizar la trazabilidad.
Qué es la denominación de origen? Las indicaciones geográficas y las denominaciones de origen protegen productos originarios del país o de una región o localidad, siempre que tengan una calidad, reputación u otra característica imputable a su origen geográfico. En el caso de las denominaciones de origen, deben presentar además factores naturales y humanos que inciden en la caracterización del producto. Una indicación geográfica es un signo utilizado para productos que tienen un origen geográfico concreto y poseen cualidades derivadas específicamente de su lugar de origen. Por lo general, una indicación geográfica consiste en el nombre del lugar de origen de los productos. Además una denominación de origen necesita acreditar la presencia de factores naturales y humanos característicos del lugar de origen de los productos, como técnicas y tradiciones de elaboración específicas.
Cómo podemos optimizar un recurso? Análisis genético de poblaciones Historias de vida Resistencia al cambio. Denominación de origen Veda geográfica Cuotas de captura Plusvalía comercial Manejo pesquero Protección de patrimonio genético Cultivos exitosos Repoblamiento adecuado Salud de la o las poblaciones de recursos pesqueros.
Tamaño efectivo de poblaciones Diversidad genética Expresión génica Histología Molecular Variabilidad genética Morfología geométrica Stock genético Ciclo de vida Mortalidad natural Alimentación EMS microscópico Fauna acompañante EMS Macroscópico Proporciones y relaciones Peso longitud Marcaje y recaptura Datos merísticos Migraciones Proporción sexual Tamaño poblacional Edad y crecimiento Ciclo reproductivo Fecundidad Talla de primera madurez sexual índice gonadosomático Sitios de desove Parásitos Predadores Unidades poblacionales
Agradecimientos: Global Pesca Comité Organizador Fundación CEQUA Gobierno Regional de Magallanes Conicyt Lab. Genética y genómica de CEQUA. Dra. Fabiola Arcos Dra. Rocio Canche Ing. Diana Schofield M. Cs Paulina Mejia M. Cs Carlos Olave PESCA RESPONSABLE PESQUERÍA SUSTENTABLE