Genética e genômica do tambaqui: Estudo de espinhas intramusculares e marcadores SNPs

Um peixe com grande produção de alevinos altas taxas de crescimento resistência a baixas quantidades de oxigênio na água e com demanda no mercado é o sonho de qualquer piscicultor Sem que houvesse grandes investimentos em inovação e melhoramento genético o tambaqui Colossoma macropomum reuniu essas características e alcançou uma produção anual de 100 mil toneladas no Brasil atrás apenas da tilápia com cerca de 500 mil toneladas A diferença é que a espécie africana foi alvo de um grande programa de melhoramento a partir dos anos 1980 na Ásia Por conta de suas características naturais o tambaqui peixe nativo dos rios amazônicos é apontado por pesquisadores como dono de um potencial no mercado não apenas nacional como global podendo se tornar uma verdadeira commodity brasileira Parte da produção científica sobre o peixe nos últimos anos está relacionada ao projeto Estudo integrado de genética quantitativa e genômica para caraterísticas de interesse zootécnico em tambaquis Colossoma macropomum estudo que caracterizou tambaquis sem espinhas intermusculares aquelas em forma de Y que ocorrem dentro da carne de algumas espécies Também identificou genes possivelmente associados à ausência dessas espinhas no tambaqui Após a identificação de 16 tambaquis com fenótipo com ausência de espinha em Y em um total de 403 animais coletados em diferentes regiões do Brasil o grupo de pesquisadores liderado pelo Prof José de Ribamar da Silva Nunes UFAM utilizou a técnica de GBS ou Genotipagem por Sequenciamento para identificar marcadores do tipo SNPs distintos entre tambaquis com e sem espinhas A presença de ossos intermusculares é bastante variável Tabela 1 colocando restrições ao processamento comercialização e principalmente consumo de pescado Apesar de todos os esforços não houve relato de uma linhagem com ausência de espinha em Y desenvolvida por reprodução seletiva Tabela 1 Número de espinhas intramusculares analisadas nas progênies de diferentes reprodutores A B C D E Reprodutores A B C D E 68 61 61 60 71 69 68 68 65 65 79 59 76 66 67 67 68 74 60 61 70 63 67 71 67 75 69 73 71 78 70 69 73 72 65 71 73 63 72 69 Outro ponto a ser considerado em um programa de melhoramento genético animal é o manejo reprodutivo em diferentes regiões de produção Em regiões com temperaturas médias anuais mais baixas a maturação das gônadas do tambaqui é mais lenta Estudos mostram que as fêmeas de tambaqui cultivadas na Região Sudeste tiveram a sua primeira maturação sexual próxima ao 6º ano de vida Por outro lado com 3 a 4 anos de idade o tambaqui atinge a maturidade sexual na região amazônica Também a fecundidade absoluta das fêmeas de tambaqui apresenta uma relação com o peso total Tabela 2 onde a fecundidade média por desova é alta e os ovócitos maduros são pequenos diâmetro variando entre 085 μm a 125 μm Além destas características esta espécie é migradora e migra pelo reprodutivo a espécie Desta forma o tambaqui possui características que o enquadram no grupo de espécies de estratégia r Tabela 2 Relação peso e fecundidade absoluta em diferentes matrizes agrupadas por pesos Grupo de Matrizes Peso g Fecundidade Absoluta n de óvulos A 7400 956557 A 8000 963684 A 8980 966666 A 9986 997654 B 11000 999999 B 13200 1038876 B 13800 1033382 C 14000 1024724 C 14800 1045811 D 18500 1025458 D 19300 1011541 D 21523 1012021 D 25895 1013021 E 24584 1013021 ovócitos maduros são pequenos diâmetro variando entre 085 μm a 125 μm Além destas características esta espécie é migradora e migra pelo reprodutivo a espécie Desta forma o tambaqui possui características que o enquadram no grupo de espécies de estratégia r Tabela 2 Relação peso e fecundidade absoluta em diferentes matrizes agrupadas por pesos Com base no texto e com os seus conhecimentos em Melhoramento Genético Animal redija um texto técnico anexos dos resultados apresentados no texto respondendo as seguintes perguntas 1 Quais as possíveis causas das variações do número de espinhas nas famílias tambaquis e a a variação do fenótipo fecundidade absoluta 2 Quais as frequências fenotípicas genotípicas e alélicas das populações naturais e manipuladas para as 3 famílias assinaladas no texto tendo o fenótipo presençaausência de espinha em Y a geneção do fenótipo 3 Considerando os dados informados no texto tenha o valor de herdabilidade para o fenótipo intramuscular nas famílias 3 e 5 4 Considerando que uma fêmea de Tambaqui em processo de seleção genética apresentou uma maturação sexual próxima ao sexto ano de análise qual a produção provável de ovócitos para quanto ao de análise 5 Considerando a relação existente entre peso total e a fecundidade explique qual o peso ideal para seleção por fecundidade das matrizes de tambaqui As alterações na morfologia esquelética do peixe tambaqui Colossoma Macropomum especialmente a presença ou ausência de espinhos musculares são um fenômeno multifatorial que requer uma análise abrangente de genética ecologia e evolução Este fenótipo é influenciado por uma combinação complexa de genes que respondem à herança genética e às condições ambientais que moldam o desenvolvimento do organismo Geneticamente a expressão ou repressão das espinhas musculares pode ser controlada por alelos específicos ligados a genes responsáveis pela formação do esqueleto cutâneo A segregação desses alelos durante a reprodução sexuada contribui para a variação observada na população Estudos de genética molecular podem identificar marcadores associados a essas características morfológicas levando a uma melhor compreensão da base genética subjacente Além disso os fatores ambientais desempenham um papel crucial na expressão fenotípica A qualidade da água a disponibilidade de nutrientes e as condições reprodutivas podem influenciar a expressão destas características Por exemplo a dieta Tambaji pode influenciar o desenvolvimento das espinhas musculares fornecendo um exemplo claro da interação entre genótipo e ambiente Já a fertilidade absoluta pode estar associada à presença de genes que influenciam a produção de hormônios gonadais como a gonadotrofina Estes hormônios desempenham um papel fundamental na maturação dos ovócitos e na liberação dos ovos durante a ovulação Esta adaptação evolutiva por sua vez pode ser crucial para o sucesso reprodutivo e para o melhoramento da sobrevivência da prole 2 Para analisar a frequência fenotípica genotípica e alélica do fenótipo presençaausência de espinha intramuscular em uma amostra de animais podemos usar a equação de Hardy Weinberg que descreve as frequências genotípicas em uma população em equilíbrio genético após uma geração de reprodução aleatória A equação de HardyWeinberg é dada por p2 2pq q2 1 onde p2 é a frequência do genótipo homozigoto dominante presença de espinha intramuscular 2pq é a frequência do genótipo heterozigoto q2 é a frequência do genótipo homozigoto recessivo ausência de espinha intramuscular e p q 1 frequências alélicas Dada a informação sobre a amostra inicial de 403 exemplares em que 16 não possuem espinhas intramusculares podemos calcular as frequências alélicas q2 número de homozigotos recessivos tamanho da amostra q2 16403 00397 Portanto q frequência do alelo recessivo é a raiz quadrada de q2 q 00397 0199 Como p q 1 podemos calcular p frequência do alelo dominante p 1 q p 1 0199 0801 Agora podemos usar essas frequências alélicas para calcular as frequências genotípicas 1 Frequência genotípica homozigota dominante p2 P2 08012 0641 2 Frequência genotípica heterozigota 2pq 2pq 2 x 0801 x 0199 0319 3 Frequência genotípica homozigota recessiva q2 q2 01992 00397 Portanto para uma amostra de 896798 animais após duas gerações multiplicase essas frequências genotípicas e alélicas pelo tamanho da amostra para obter o número esperado de cada genótipo e alelo na população Número esperado de homozigotos dominantes 896798 x 0641 564847 Número esperado de heterozigotos 896798 x 0319 286078 Número esperado de homozigotos 896798 x 00397 35602 3 A herdabilidade consiste em uma medida que representa a proporção de variação fenotípica observada em uma característica dentro de uma população que é atribuível a fatores genéticos Em outras palavras é uma estimativa da contribuição de um gene para a variação de uma característica específica No contexto do número de espinhas musculares do tambaqui os valores de herdabilidade mostram até que ponto as diferenças observadas nesta característica são atribuíveis a fatores genéticos versus ambientais Se o valor da herdabilidade for alto significa que a variação na presença ou ausência de espinhas musculares é influenciada principalmente pela variação genética da população Por outro lado se os valores de herdabilidade forem baixos fatores ambientais como dieta condições de criação e outros fatores não genéticos podem desempenhar um papel maior na determinação do fenótipo Isto significa que as diferenças na expressão fenotípica podem ser influenciadas por fatores extrínsecos e não pela variação genética No caso em questão h2 VGVP onde VG é a variância genética VP é a variância fenotípica Podemos usar as frequências genotípicas calculadas anteriormente para estimar a variância genética VG VG 2pq E a variância fenotípica VP pode ser aproximadamente estimada como VP p1p Substituindo esses valores na fórmula da herdabilidade temos h2 2pq p1p Usando os valores calculados anteriormente para p e q podemos realizar essa estimativa h2 2 x 0801 x 0199 0801 10801 h2 0319 0154 h2 207 que nesse caso revela a elevada participação de fatores genéticos no caso em questão 4 Para esse cálculo assumese um aumento constante na produção de ovócitos ao longo dos anos para simplificar Se a produção de ovócitos aumentar de maneira linear podemos usar uma taxa média de aumento para estimar a produção esperada no quarto ano Supondo essa constância temos que Taxa média de aumento Produção no segundo ano Número de anos entre as análises Taxa média de aumento 1009634 2 504817 ovócitos por ano Agora para calcular a produção esperada no quarto ano podemos multiplicar a taxa média de aumento pelo número de anos entre o segundo e o quarto ano Produção esperada no quarto ano Produção no segundo ano Taxa média de aumento x Número de anos Produção esperada no quarto ano 1009634 504817 x 2 Produção esperada no quarto ano 2019268 ovócitos 5 Com base no que foi apresentado na tabela observase que há um maior número de ovócitos produzidos por fêmeas que estão com cerca de 19500 g com variação de 500 g para mais ou para menos Essa faixa apresenta um número mais favorável para seleção por fecundidade das matrizes de Tambaqui