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MELHORAMENTOGENÉTICODE
ESPÉCIESAQUÍCOLAS
FAO, 2012
ESPÉCIES MAIS PRODUZIDAS
5.000 anos: Domesticação – seleção massal;
300 anos: China;
1919 – EUA:
Salvelinus fontinalis – taxa de sobrevivência;
1953 – Carpa comum:
Dropsy desease;
1963 – 1976 – Carpa comum:
Seleção individual;
Taxa de crescimento/5 gerações;
Sem respostas.
HISTÓRICO DO MELHORAMENTO
GENÉTICO AQUÍCOLA
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);
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;
PROGRESSO GENÉTICO AQUÍCOLA FRENTE OUTRAS
FONTES DE PROTEÍNA
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)
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
MELHORAMENTO DE SALMONÍDEOS
 SISTEMA PRODUTIVO:
Salmão Coho (2 anos):
Lhorente, 2015 (Aquainnovo)
MELHORAMENTO DE SALMONÍDEOS
 SISTEMA PRODUTIVO:
Truta arco-íris (3 anos):
Lhorente, 2015 (Aquainnovo)
MELHORAMENTO DE SALMONÍDEOS
 SISTEMA PRODUTIVO:
Salmão do Atlântico (3 anos):
Lhorente, 2015 (Aquainnovo)
MELHORAMENTO DE SALMONÍDEOS
SALMÃO COHO – MELHORA PROJETADA PARA
20 MIL TO
AQUAINNOVO
TRUTA– MELHORA PROJETADA PARA 23 MIL TO
AQUAINNOVO
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
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.
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
1.REPRODUÇÃO
2. ALEVINAGEM E IDENTIFICAÇÃO
3. TRANSFERÊNCIA PARA O SISTEMA DE CULTIVO
4. AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO
5. AVALIAÇÃO GENÉTICA
 Programa computacional MTGSAM
6. SELEÇÃO
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
RESULTADOS
Evolução genética da linhagem GIFT
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)
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
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.
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)
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)
Objetivos de seleção:
 Crescimento;
 Morfotipo;
 Sobrevivência;
 Cor corporal
MELHORAMENTO GENÉTICO DE CAMARÃO
Neto, 2015
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;
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
PERSPECTIVAS FUTURAS
Gjedrem, 2012
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;
DESAFIOS FUTUROS
Organização da cadeia produtiva.
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
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
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
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
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
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
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
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
Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
Catfishies (Ictalurus punctatus) com deformidades induzidas por efeitos ambientais
Fonte: Dunham (2004)
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)
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
Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
• Assimetria efeito do manejo
alimentar
Peso corporal (g)
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
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
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
Fatores não genéticos de variação
que atuam sobre o desempenho de
peixes
Dimorfismo sexual em Tilápias do Nilo (Oreochromis niloticus)
Fonte: Dunham (2004)
♂
♂
♀
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
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
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
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
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
Esquema de Seleção
Acasalamento
Fecundação
Incubação
1ªAlevinagem
Marcação (20g)
2ªAlevinagem
Cultivo
Seleção Fonte: Castagnoli (1986)
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
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
Cruzamentos em peixes
• Mesmo quando ocorre hibridação na
natureza, geralmente:
• o híbrido é estéril
• F2 tem menor viabilidade
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
Cruzamentos em peixes
• Hibridação em peixes
• Macho Pacu (Piaractus mesopotamicus) X
Fêmea Tambaqui (Colossoma
macropomum)
Tambacu
Cruzamentos em peixes
Fonte: http://www.fishingtur.com.br.Acesso aos 19 de outubro de 2008
Cruzamentos em peixes
Fonte: http://www.fishingtur.com.br.Acesso aos 19 de outubro de 2008
Cruzamentos em peixes
• Hibridação em peixes
• Macho Tambaqui (Colossoma
macropomum) X Fêmea Pacu (Piaractus
mesopotamicus)
Paqui
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
Cruzamentos em peixes
Híbrido Fêmea Macho
Tambatinga
Tambacu
Paqui
Cachapira
Cachapinta
Pintachara
Piaupara
Tambaqui -
Colossoma macropomum
Tambaqui -
Colossoma
macropomum
Pacu –
Piaractus
mesopotamicus
Cachara –
Pseudoplatystoma
reticulatum
Cachara –
Pseudoplatystoma
reticulatum
Pintado –
Pseudoplatystoma
corruscans
Piauçu -
Leporinus
macrocephalus
Pirapitinga –
Piaractus brachypomus
Pacu –
Piaractus
mesopotamicus
Tambaqui-
Colossoma
macropomum
Pirarara -
Phractocephalus
hemiliopterus
Pintado –
Pseudoplatystoma
corruscans
Cachara –
Pseudoplatystoma
reticulatum
Piapara -
Leporinus
elongatus
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
Endogamia em peixes
• Finalidades
• desenvolver linhagens para posterior
cruzamento
• identificar genes recessivos deletérios
• Possibilidades
• Ginogênese
• Androgênese
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?????
Ovogênese – Espermatogênese -
Fecundação
Fonte: www.google.com.br/images
Ovogênese – Espermatogênese –
Manipulação da Fecundação
Ginogênese
Sptz inativado choque: térmico ou barométrico
Fecundação
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
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
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)
Androgênese
• Mais difícil de ser processada
mais difícil de ser
• DNA do óvulo
inativado
• DNA mitocondrial
• necessário para dar energia à célula
Poliploidias
• Finalidades
• animais com melhor desempenho
• maior crescimento
• animais estéreis
• não desviam recursos para reprodução
• Possibilidade de criar novos genótipos
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
Indução á Triploidia
Sptz normal choque: térmico ou barométrico
Fecundação
Indução à Tetraploidia
Sptz normal choque: térmico ou barométrico
Fecundação
Metáfase da
1ª divisão
do embrião
início da divisão do
embrião em duas
células
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
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
Técnicas para obtenção de
populações de um só sexo
• Sexagem manual
• Esterelização
• Hibridação
• Ginogênese
• Androgênese
• Poliploidia
• Reversão sexual
• Reversão sexual combinada com reprodução
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
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
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
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
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)
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)
OBRIGADA!!!!

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  • 3. 5.000 anos: Domesticação – seleção massal; 300 anos: China; 1919 – EUA: Salvelinus fontinalis – taxa de sobrevivência; 1953 – Carpa comum: Dropsy desease; 1963 – 1976 – Carpa comum: Seleção individual; Taxa de crescimento/5 gerações; Sem respostas. HISTÓRICO DO MELHORAMENTO GENÉTICO AQUÍCOLA
  • 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;
  • 6. PROGRESSO GENÉTICO AQUÍCOLA FRENTE OUTRAS FONTES DE PROTEÍNA
  • 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
  • 9. MELHORAMENTO DE SALMONÍDEOS  SISTEMA PRODUTIVO: Salmão Coho (2 anos): Lhorente, 2015 (Aquainnovo)
  • 10. MELHORAMENTO DE SALMONÍDEOS  SISTEMA PRODUTIVO: Truta arco-íris (3 anos): Lhorente, 2015 (Aquainnovo)
  • 11. MELHORAMENTO DE SALMONÍDEOS  SISTEMA PRODUTIVO: Salmão do Atlântico (3 anos): Lhorente, 2015 (Aquainnovo)
  • 13. SALMÃO COHO – MELHORA PROJETADA PARA 20 MIL TO AQUAINNOVO
  • 14. TRUTA– MELHORA PROJETADA PARA 23 MIL TO AQUAINNOVO
  • 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
  • 19. 2. ALEVINAGEM E IDENTIFICAÇÃO
  • 20. 3. TRANSFERÊNCIA PARA O SISTEMA DE CULTIVO
  • 21. 4. AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO
  • 22. 5. AVALIAÇÃO GENÉTICA  Programa computacional MTGSAM
  • 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
  • 58. Esquema de Seleção Acasalamento Fecundação Incubação 1ªAlevinagem Marcação (20g) 2ªAlevinagem Cultivo Seleção Fonte: Castagnoli (1986)
  • 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
  • 64. Cruzamentos em peixes Fonte: http://www.fishingtur.com.br.Acesso aos 19 de outubro de 2008
  • 65. Cruzamentos em peixes Fonte: http://www.fishingtur.com.br.Acesso aos 19 de outubro de 2008
  • 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
  • 68. Cruzamentos em peixes Híbrido Fêmea Macho Tambatinga Tambacu Paqui Cachapira Cachapinta Pintachara Piaupara Tambaqui - Colossoma macropomum Tambaqui - Colossoma macropomum Pacu – Piaractus mesopotamicus Cachara – Pseudoplatystoma reticulatum Cachara – Pseudoplatystoma reticulatum Pintado – Pseudoplatystoma corruscans Piauçu - Leporinus macrocephalus Pirapitinga – Piaractus brachypomus Pacu – Piaractus mesopotamicus Tambaqui- Colossoma macropomum Pirarara - Phractocephalus hemiliopterus Pintado – Pseudoplatystoma corruscans Cachara – Pseudoplatystoma reticulatum Piapara - Leporinus elongatus
  • 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
  • 70. Endogamia em peixes • Finalidades • desenvolver linhagens para posterior cruzamento • identificar genes recessivos deletérios • Possibilidades • Ginogênese • Androgênese
  • 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?????
  • 72. Ovogênese – Espermatogênese - Fecundação Fonte: www.google.com.br/images
  • 73. Ovogênese – Espermatogênese – Manipulação da Fecundação
  • 74. Ginogênese Sptz inativado choque: térmico ou barométrico Fecundação
  • 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
  • 81. Indução á Triploidia Sptz normal choque: térmico ou barométrico Fecundação
  • 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)