4. HISTÓRICO DO MELHORAMENTO GENÉTICO AQUÍCOLA
Iniciou-se em 1970 – salmão e truta (Gall & Cross, 1978);
Alta herdabilidade, fecundidade e curto intervalo de gerações
(Gjedrem, 2012);
Ganhos genéticos 10-20%/geração (Gjedrem & Baranski, 2009);
Em 2010, menos de 10% de animais melhorados (Gjedrem, 2012);
5. ESPÉCIES AQUÍCOLAS vs ESPÉCIES TERRESTRES
Iniciou-se 1940: Aves, bovinos, suínos.....ovinos e caprinos;
Ganhos de 1-4%/geração;
Aquicultura: 10-20%;
Alta fecundidade → maior intensidade de seleção;
7. IMPLANTAÇÃO E CONDUÇÃO DE PROGRAMAS DE
MELHORAMENTO GENÉTICO DE PEIXES
Descrição do sistema de produção;
Escolha das espécies, linhagens e sistemas de
acasalamentos;
Formulação dos objetivos e critérios de seleção;
Delineamento do sistema de avaliação genética;
Seleção dos animais e definição do sistema de
acasalamento;
Organização do sistema para multiplicação e
disseminação dos estoques melhorados;
Monitoramento do programa de melhoramento;
(Ponzoni, 2005)
8. OBJETIVOS E CRITÉRIOS DE SELEÇÃO
Espécies N
progra
ma
Média
N Fam/ger
Média
N caract.
CaracterísticasADD além da taxa de crescimento como
objetivo de seleção
Resistência
a doenças
Qualidade
de carcaça
Idade a
maturaçã
o sexual
Tolerância
ao frio ou
salinidade
Outros
Tilápia 28 105 (51-225) 1,9 (1-4) 3 7 - 5 4
Salmão do Atlântico 13 280 (100-800) 5,4 (3-13) 10 9 1 - 2
Truta arco-íris 13 206 (100-400) 5,2 (2-11) 5 7 9 - 2
Carpa Comim 8 125 (80-200) 2 - 1 - - -
Sea Bream 4 100 6 1 1 - - 1
Bacalhau 3 110 (50-200) 4 (2-8) 2 1 - - 1
Sea Bass 3 100 5 1 1 - - 1
Salmão Chinook 2 100 1,5 - 1 - - -
Turbot 2 60 1 - - 2 - -
CatFish 2 140 (70-200) 1,5 (1-2) 1 1 - - -
Channel Catfish 1 200 4 1 1 1 - -
Peixe branco 1 70 2 - 2 - - -
Carpa Rohu 1 50 2 1 - - - -
Silver Barb 1 ? 1 - - - - -
Total 86 147 1,4
Adaptado
15. SALMÃO DO ATLÂNTICO – MELHORA GENÉTICA
Ganhos:
Tempo de cultivo reduziu pela metade;
Conversão alimentar reduziu de 3 kg para 1,2 kg;
GG de 15% na G1 para taxa de crescimento;
GG de 13-15% nas cinco primeiras gerações; Gjedrem, 2012
16. MELHORAMENTO GENÉTICO DE TILÁPIAS DO NILO
Iniciou-se em 1985 – Africa (ICLARM);
Cruzamento de oito variedades (4 selvagens da África e 4
domesticadas das Filipinas);
20 anos de seleção
BRASIL:
Iniciou-se em 2005;
30 famílias importadas da Malásia;
Núcleo de melhoramento - Universidade Estadual de Maringá;
Condições brasileiras de cultivo.
17. FASES DO PROGRAMA DE MELHORAMENTO GENÉTICO DE
TILÁPIAS DO NILO
1.
REPRODUÇÃO
2. ALEVINAGEM
E
IDENTIFICAÇÃO
3.
TRANSFERÊNCIA
4. AVALIAÇÃO
DA PRODUÇÃO
5. AVALIAÇÃO
GENÉTICA
6. SELEÇÃO
24. RESULTADOS
CARACTERÍSTICAS ANO HERDABILIDADE FONTE
Peso a identificação 2008 0,20 Santos, 2009
Peso a despesca 2008 0,24 Santos, 2009
Peso a despesca 2009 0,12 Yoshida et al., 2013
GPD 2009 0,13 Yoshida et al., 2013
Sobrevivência 2008 0,40 Santos, 2009
Comp. Total 2009 0,14 Kunita et al., 2013
Comp. Padrão 2009 0,13 Kunita et al., 2013
Altura 2009 0,14 Kunita et al., 2013
Comp. Cabeça 2009 0,12 Kunita et al., 2013
Área de Corpo 2006/08/09 0,30 Reis et al, 2014
Volume corporal 2006/08/09 0,31 Reis et al, 2014
Densidade 2012 0,18 Kunita, 2014
Rendimento de filé 2012 0,21 Kunita, 2014
Sucesso de desova 2012 0,14 Yoshida, 2013
Desovas múltiplas 2012 0,16 Yoshida, 2013
Volume de ovos 2012 0,02 Yoshida, 2013
26. RESULTADOS
Rendimento de filé de 39,2% e conversão alimentar
de 1,35 kg de ração. Massaranduba /SC – 2012.
Fonte: http://www.epagri.sc.gov.br/
Redução de 21 dias de cultivo.
Oliveira et al. (2012)
27. POR QUE MELHORAR ESPÉCIES NATIVAS???
Estão adaptadas ao ambiente;
É provável que sejam aceitas pelos produtores e
consumidores mais rapidamente;
Menor risco de dano ao ambiente e à biodiversidade;
Por seu valor cultural.
MELHORAMENTO GENÉTICO DE ESPÉCIES NATIVAS
28. CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS DAS ESPÉCIES PARA
INICIAR O MELHORAMENTO
Hábito alimentar (carnívora x omnívora);
Adaptação ao ambiente de cultivo;
Mudanças na produção:
• Crescimento
• Qualidade da carne (demanda de consumidores)
Reprodução:
• Controle
• Eficiência (idade à maturação sexual, taxa reprodutiva)
Facilidade de identificação.
29. MELHORAMENTO GENÉTICO DO TAMBAQUI
Iniciou-se 2007 – Projeto AquaBrasil (Embrapa);
Reprodutores de MT, MS, TO, RO e AM;
Objetivo de seleção;
Acasalamentos 2 machos: 1 fêmea;
Estação reprodutiva de 2009/10/11 = 62 famílias;
RESULTADOS:
Animais avaliados em 2010-2012;
GPD;
Herdabilidade = 0,46;
Ganho genético de 21,6;
Redução no período de cultivo de 17,7%.
Oliveira et al., (2013)
30. MELHORAMENTO GENÉTICO DE CAMARÃO
Camarão branco (Litopenaeus vannamei);
Gigante da Malásia (Macrobrachium rosenbergii);
Camarão tigre gigante (Penaeus monodon);
Iniciou-se em 1993 – Havaí;
Duas linhas de seleção: taxa de crescimento e índice de seleção com
pesos de 0,70 para TSV vírus e 0,30 para taxa de crescimento;
Uma geração de seleção:
Linha crescimento: ganho de 21%;
Linha índice: ganho de 18% (sobrevivência);
(Argue et al. 2002)
31. Objetivos de seleção:
Crescimento;
Morfotipo;
Sobrevivência;
Cor corporal
MELHORAMENTO GENÉTICO DE CAMARÃO
Neto, 2015
32. MELHORAMENTO GENÉTICO DE OSTRAS
Iniciou-se em 1980s - Japão;
Pinctada fucata;
Objetivos de seleção:
Crescimento;
Sobrevivência;
He et al., (2008)
Pinctada martensii;
Crescimento (comprimento);
Resultados:
Terceira geração de seleção:
Comprimento da concha – 25% GG
Altura da concha – 22% GG
Qingheng et al., (2011)
2002 – China;
Pinctada fucata;
Crescimento (peso 3-15 meses);
Média de 16% GG;
33. PERSPECTIVAS FUTURAS
Aquicultura tem o maior crescimento: 7,7%;
Taxa de crescimento pode ser dobrada em 6-7 gerações;
Carpa Rohu: 3,5 gerações;
Ganhos genéticos na ordem de 20%;
Gjedrem, 2012
35. DESAFIOS FUTUROS
Estabelecer novos critérios de seleção;
Novos centros de avaliação (GxA);
Formação de recursos humanos;
Convencer a indústria e os produtores da importância
do melhoramento;
Disseminação do material melhorado;
37. Características de importância
econômica – Critérios de Seleção
• Características Reprodutivas
• Habilidade de reprodução em cativeiro
• Piracema
• Precocidade Sexual
• Idade à maturidade sexual
• Antecipar para Pirarucu
• Postergar para Tilápia e Carpa
• Época de maturação sexual
• Fertilidade
38. Características de importância
econômica – Critérios de Seleção
• Características de crescimento
• Peso Corporal
• Comprimento (C)
• Altura (A)
• Taxa de crescimento
• quantidade de alimento
• absorção do alimento
39. Características de importância
econômica – Critérios de Seleção
• Características de carcaça
• Relação C/A (<3)
• Tamanho cabeça/tamanho corpo
(máximo 25%)
• Rendimento de carcaça
• Rendimento de filé
40. Características de importância
econômica – Critérios de Seleção
• Outras características
• Resistência às variações do ambiente:
• temperatura
• oxigênio
• pH
• poluição da água, etc
• Pesca por lazer
• Facilidade de pesca
41. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Ambiente aquático grande quantidade de
variação ambiental
• Controle da variação mais difícil
• remoção de dejetos
• flutuação nos níveis de oxigênio, temperatura, etc
• Pesquisa em genética de organismos aquáticos
mais difícil do que pesquisa em aquicultura
42. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Pouco conhecimento das consequências dos
efeitos ambientais sobre a expressão
genética e as variações fenotípicas e
genotípicas
• Efeitos ambientais podem mascarar os
efeitos genéticos verdadeiros
43. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
competição
assimetria
tamanho do animal
estoque comunal
sexo
• idade do animal
• taxa de mortalidade
• densidade
• temperatura
• qualidade da água
• efeitos maternos
• ganho compensatório
44. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Temperatura e qualidade da água
• afetam peso e crescimento
• provocam deformidades
• Sequência de oviposição/ovulação
animais de diferentes idades
• afeta a taxa de sobrevivência
• efeito no peso/tamanho dos animais
45. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
Catfishies (Ictalurus punctatus) com deformidades induzidas por efeitos ambientais
Fonte: Dunham (2004)
46. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Efeito maternal
• idade da fêmea
• tamanho do ovo
• varia de espécie para espécie
• tamanho do ovo taxa de crescimento
taxa de sobrevivência (Tilápia, Salmão)
• efeito diminui com o tempo (45 dias)
47. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Tanque
• variações:Temperatura, pH, O2, quantidade de
plâncton, etc
• usar vários tanques iguais repetições
• se estiver comparando diferentes genótipos
• estocagem comunal
• válido se não houver interação genótipo-ambiente
48. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Assimetria efeito do manejo
alimentar
Peso corporal (g)
49. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• manejo alimentar afeta a variação ambiental
• pequenas diferenças iniciais no tamanho das
larvas (bocas) causadas por diferenças
genéticas ou ambientais podem ser
potencializadas pela competição
• Assimetria resultante da competição
por alimento
50. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Peixes com bocas pequenas (tamanho da
boca/tamanho do corpo) são mais
susceptíveis à competição por alimento
• Assimetria pode ser reduzida
• aumentando o nº de vezes de fornecimento de
alimento
• diminuindo o tamanho da partícula
• decrescendo a taxa de lotação
51. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Sexo efeito marcante sobre
desempenho dos animais
• Geralmente fêmeas são maiores e
crescem mais rápido
• Tilápias machos são maiores
52. Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
Dimorfismo sexual em Tilápias do Nilo (Oreochromis niloticus)
Fonte: Dunham (2004)
♂
♂
♀
53. Estimativas de herdabilidade para
várias características em peixes
Fonte: Tave (1986)
Característica h2
+ EP
Peso corporal
4 meses
12 meses
0,48
0,49
Ganho em peso 0,25 - 0,38
Compriment
o 12
meses
0,34+0,05
24 meses 0,42
Taxa de crescimento 0,25
Altura
12 meses 0,42
24 meses 0,69
54. Estimativas de herdabilidade para
várias características em peixes
Fonte: Tave (1986) e Gjedrem (2000)
Característica h2 + EP
Rendimento de carcaça
Porcentagem de gordura
0,43 + 0,85
0,61 + 0,78
Tamanho do ovo
Número de ovos
Idade à maturidade sexual
0,20 + 0,05
0,16 + 0,10
0,48 + 0,20
Tolerância ao DDT (40 mg/l
Resistência à furunculosis (Salmão)
0,05 + 0,03
0,14 + 0,11
55. Programa de seleção
• Formação da população base:
• coleta de peixes de diferentes rios (linhagens)
• avaliação das características quantitativas
nas diferentes linhagens
• se diferentes desempenhos manter
linhagens separadas e fazer seleção dentro de
linhagens
• se desempenhos semelhantes pool gênico e
selecionar dentro do pool
56. Programa de seleção
• Acasalamentos: 1 macho x 2 a 3 fêmeas
• Avaliar grupos de meio-irmãos e de irmãos
germanos
• Seleção pelo desempenho para características
de crescimento
• Seleção pela progênie para características de
carcaça
• Seleção combinada para características
reprodutivas e de resistência a doenças
57. Programa de seleção - Exemplo
• Programa de melhoramento genético
norueguês para o salmão do Atlântico:
Critérios de seleção – GjØem & Bentsen (1997)
Ano Característica
1975
1981
1993
1994
1995
Crescimento (G)
G+ Idade à maturidade sexual (SM)
G+SM+ Resistência doenças (DR)
G+SM+DR+ Coloração carne (C)
G+SM+DR+C+ Composição corporal
59. Cruzamentos em peixes
• Possibilidade de obtenção de Híbridos
• Hibridação
• Inter-específica
• Intra-específica
• Inter-genérica
• Finalidade
• Heterose
• Complementaridade
• Introdução de genes
• Desvio na taxa sexual
• Esterelidade
60. Cruzamentos em peixes
• Hibridação na natureza ocorre, mas é rara
• Mecanismos de isolamento reprodutivo
A) Geográfico
B) Comportamental
C) Temporal
D) Celular
E) Incompatibilidade de Gametas
61. Cruzamentos em peixes
• Mesmo quando ocorre hibridação na
natureza, geralmente:
• o híbrido é estéril
• F2 tem menor viabilidade
62. Cruzamentos em peixes
• Hibridações em Tilápias que só produzem
machos:
Fêmea x Macho
T. mossambica x T. hornorum
T. nilotica x T. hornorum
T. nilotica x T. mocrochi
T. nilotica x T. aurea (75% m e 25% f)
T. nigra x T. hornorum
63. Cruzamentos em peixes
• Hibridação em peixes
• Macho Pacu (Piaractus mesopotamicus) X
Fêmea Tambaqui (Colossoma
macropomum)
Tambacu
66. Cruzamentos em peixes
• Hibridação em peixes
• Macho Tambaqui (Colossoma
macropomum) X Fêmea Pacu (Piaractus
mesopotamicus)
Paqui
67. Cruzamentos em peixes
• Hibridação em peixes
• Tambacu ≠
• Efeito materno
Paqui
mitocôndria do óvulo
• DNA mitocondrial
• Tambacu tem maior valor comercial
• Nº de cromossomos pode ser muito diferente
• Reprodução artificial para produção de híbridos
69. Cruzamentos em peixes
• Hibridação em peixes
• Frequente híbridos serem Férteis
• Riscos de acasalamentos com as espécies
que lhe deram origem
• PORTARIA nº 145/98, de 29 de outubro
de 1998 do IBAMA proíbe a introdução
de híbridos na aquicultura
71. Endogamia em peixes
• Ginogênese
Obtenção de indivíduos normais a partir de
zigotos diplóides, com material genético
exclusivo materno
• Possibilidade de formar Clones
Como isto é possível?????
75. Ginogênese
• Se não houver choque térmico ou
barométrico
• o processo de ovogênese segue normalmente,
mas todos os zigotos morrem pois são
haplóides ( só tem os genes da mãe)
• Após choque térmico ou barométrico
• retenção do 2º corpúsculo polar
• material genético da mãe
• progênie diplóide ginogenética
76. Ginogênese
• Inativação dos espermatozóides
• raios gama
• radiação U.V.
• mais eficiente
• diluição do ejaculado
• Após a fecundação
• choque térmico
• pressão hidrostática
• impedir a expulsão do 2º corpúsculo polar
77. Ginogênese
• Mortalidade muito alta das larvas
• alta endogamia (F)
• Grau de homozigose nas gerações endogâmicas
Geração Ginogênese Autofecundação Acs ½ irmãos
1 0,900 0,500 0,125
2 0,990 0,750 0,250
3 0,999 0,875 0,375
Fonte: Kirpichnikov (1981)
78. Androgênese
• Mais difícil de ser processada
mais difícil de ser
• DNA do óvulo
inativado
• DNA mitocondrial
• necessário para dar energia à célula
79. Poliploidias
• Finalidades
• animais com melhor desempenho
• maior crescimento
• animais estéreis
• não desviam recursos para reprodução
• Possibilidade de criar novos genótipos
80. Poliploidias
• Triplóides (3n)
• Processo idêntico ao da ginogênese
• Uso de espermatozóide normal
• Tetraplóides (4n)
• Aplicação do choque deve ser feita no
momento em que o zigoto inicia a primeira
divisão para formar o embrião com duas
células
82. Indução à Tetraploidia
Sptz normal choque: térmico ou barométrico
Fecundação
Metáfase da
1ª divisão
do embrião
início da divisão do
embrião em duas
células
83. Poliploidias
• Triplóides
• maiores taxas de crescimento nas fases iniciais
• resultados variam de espécie para espécie
• alguns podem ser férteis
• Tetraplóides
• férteis
• criação de genótipos totalmente novos
• perigo para as espécies naturais
84. Reversão sexual e reprodução
• Determinação genética do sexo
• Fenótipo sexual depende também do ambiente
• Populações de um só sexo ou estéreis são
desejáveis em aqüicultura
• machos e fêmeas crescem a taxas diferenciadas
• população do sexo que se desenvolve mais rápido
aumenta produção
• Algumas espécies tornam-se maduras com
tamanho pequeno e idade jovem
• decréscimo na produção
85. Técnicas para obtenção de
populações de um só sexo
• Sexagem manual
• Esterelização
• Hibridação
• Ginogênese
• Androgênese
• Poliploidia
• Reversão sexual
• Reversão sexual combinada com reprodução
86. Reversão sexual
• Peixes
• fêmea
• fêmea
2 sistemas
sexo homogamético (XX)
sexo heterogamético (ZW)
• Reversão sexual usando hormônios
• requer o conhecimento detalhado do período em que
ocorre a diferenciação sexual no qual o animal estará
susceptível à feminilização ou à masculinização
• Fenótipo pode ser alterado pela administração de
andrógenos ou estrógenos
87. Reversão sexual
• Diferenciação sexual
• Cat fish
• Tilápia do Nilo
• Carpa grama
3-4 semanas após eclosão
3-4 semanas após eclosão
estágio de alevino (85-200 mm)
• Diferenciação sexual é mais determinada pelo
tamanho e estágio de desenvolvimento do que pela
idade
• Conhecimento crítico para início e final do
processo
88. Reversão sexual
Hormônios mais comuns usados em aqüicultura
• maioria sintéticos derivados da testosterona
produção de machos
• 17 α-metiltestosterona
• 19-noretinatestosterona
• 11-ketosterona
• Produção de fêmeas componentes estrogênicos
• 3-estradiol
• estrógeno
• etilniloestradiol
89. Reversão sexual
• Aplicação exógena de hormônio no tanque
• imersão
• Administração de hormônio na ração
• dissolução do hormônio em etanol e
pulverização sobre a ração
• Implantes na cavidade abdominal
• carpas
90. Combinação de técnicas para
produção comercial
Fêmeas
Ginogênese
Progênie só de fêmea
Metiltestosterona (MT)
Novos machos Fêmeas
Produção em massa de peixes fêmeas
MT
Ciclo de
produção
comercial
Fonte: Dunham (2004)
91. Genes pleiotrópicos de efeito maior
Carpa escama S_nn
Carpa espelho irregular ssnn
pequena depressão crescimento
Carpa couro ssNn
depressão marcante
crescimento
S afeta quantidade
N afeta distribuição
S_NN
ssNN Letais
Carpa espelho linha S_Nn
depressão crescimento
Fonte: Castagnoli (1986)