Manipulación del conjunto cromosómico F
La manipulación del conjunto cromosómico en los peces incluye la inducción de la poliploidía así como la producción de ginógenos y andrógenos. Dado que la mayoría de los peces y mariscos liberan sus huevos en el agua antes de la fecundación, se puede acceder a ellos fácilmente para manipular los niveles de ploidía. Esta técnica se ha utilizado principalmente para crear triploides que resultan ventajosos en los programas de producción y conservación.
Los triploides se dan de forma natural tanto en las poblaciones salvajes como en las de cultivo y pueden inducirse fácilmente en muchas especies comerciales de peces y mariscos. La triploidía se induce generalmente mediante un choque físico o químico (siendo los tratamientos físicos los más exitosos) y existen protocolos para más de 30 especies de peces y mariscos (Dunham, 2004), o alternativamente mediante la fertilización de huevos haploides normales con esperma diploide de un macho tetraploide (Flajshans et al., 2010; Piferrer et al., 2009). La producción de triploides por choque de presión o temperatura no es 100% efectiva y los protocolos específicos para cada especie son esenciales para optimizar el momento, la intensidad y la duración del tratamiento con el fin de obtener el mayor rendimiento de triploides (Piferrer et al., 2006). El cruce entre tetraploides y diploides es el método más eficaz para producir 100% de triploides (Dong et al., 2005; Zhou et al., 2010a). Hay algunos datos que indican que la diploidía del esperma debe confirmarse antes de la fertilización, ya que no todos los machos tetraploides producen esperma diploide (Nam y Kim, 2004). Sin embargo, la producción de tetraploides es difícil y viable, y sólo se han obtenido tetraploides fértiles en unas pocas especies de acuicultura (Yoshikawa et al., 2008).
Los peces triploides suelen ser efectivamente estériles, lo que se desea en los programas de conservación para evitar la introgresión de los individuos escapados de las poblaciones comerciales, incluidas las especies no autóctonas, en las poblaciones naturales y, por lo tanto, reducir el impacto genético de los escapados de piscifactoría. La esterilidad también es útil para evitar el establecimiento de especies exóticas introducidas, por ejemplo, la carpa herbívora triploide para el control de la maleza acuática (Pípalová, 2006). Se ha investigado el comportamiento migratorio de los peces triploides, como el salmón, y estos estudios han revelado que la tasa de retorno de los peces triploides adultos a la costa y al agua dulce disminuía sustancialmente en comparación con los diploides, es decir, que la triploidización reduce las posibilidades de entrecruzamiento, así como el potencial de otras interacciones negativas con los salmones autóctonos salvajes en sus zonas natales (Cotter et al., 2000; Wilkins et al., 2001). Del mismo modo, la repoblación de todas las hembras de trucha marrón triploide no tuvo un impacto notable en la trucha marrón salvaje y los peces triploides no participaron en la actividad de desove.161 La triploidía también se ha utilizado para aumentar la esterilidad en los híbridos fértiles (Na-Nakorn et al., 2004), aunque hay pruebas de que los peces alotriploides producen algunas crías viables (Castillo et al., 2007).
Como los individuos triploides no dedican energía a la producción de gametos, hay más energía disponible para el crecimiento somático. El rendimiento de los triploides es específico de cada especie, pero suelen tener un crecimiento similar o menor que los diploides cuando son juveniles y, tras la maduración, el crecimiento se ve potenciado, especialmente en los mariscos (Piferrer et al., 2009). Además de un mayor crecimiento (los triploides son un 17% más grandes que los diploides antes del desove y más de un 30% más grandes después del desove), las ostras del Pacífico triploides pueden comercializarse durante todo el año debido a la reducción de la gonogénesis (Rasmussen y Morrissey, 2007). La madurez sexual en las ostras diploides conlleva una disminución de la calidad tanto del sabor como de la textura, por lo que las triploides se benefician de una mayor aceptación por parte de los consumidores (Nell, 2002). Las hembras de trucha arco iris triploides son las preferidas para la producción comercial, ya que tienen un mejor rendimiento de la canal durante la temporada reproductiva y un mayor peso corporal y de los filetes (Werner et al., 2008). La triploidía también puede sesgar la proporción de sexos, por ejemplo, en ciertas especies de peces y mariscos, hacia una mayor proporción de hembras, que son preferidas debido a su mayor tamaño (Cal et al., 2006).
En los peces, las hembras triploides son completamente estériles y se ha observado una esterilidad funcional parcial o total en los machos, aunque las crías engendradas por machos triploides producidos artificialmente no son viables (Feindel et al., 2010; Manning et al., 2004). Sin embargo, dado que los machos triploides aún pueden desarrollar características sexuales secundarias, la producción de poblaciones triploides totalmente femeninas (combinando la inducción de la triploidía con la feminización endocrina) es lo más deseable para reducir cualquier desventaja relacionada con el sexo (Piferrer, 2001). Los crustáceos triploides presentan una disminución del desarrollo gonadal en lugar de una esterilidad completa. Además, en las ostras del Pacífico, se ha observado la reversión a la diploidía en una proporción de individuos triploides. La verificación de la triploidía es, por lo tanto, crucial para asegurar la esterilidad funcional en una especie determinada y se ha propuesto que al menos dos ciclos reproductivos consecutivos completos deben ser monitoreados para este propósito (Piferrer et al., 2006).
La triploidía se aplica comercialmente principalmente en los países desarrollados para numerosas especies de peces como la trucha, el salmón, el charr y la carpa, así como especies de mariscos como la ostra del Pacífico, vieiras, almejas y mejillones (Piferrer et al., 2009). Esta tecnología aún no se ha comercializado para el camarón (Sellars et al., 2010). La aplicación práctica de la triploidía no ha tenido mucho éxito en los países en desarrollo debido a los elevados costes y a la incapacidad de que el tratamiento de choque sea eficaz al 100%, un grave impedimento para la aplicación comercial a gran escala (FAO, 2011d). Además, en muchas especies, la inducción de la triploidía da lugar a menores tasas de supervivencia temprana, a un menor rendimiento en condiciones ambientales adversas y a un aumento de las deformidades (Maxime, 2008; Piferrer et al., 2009).
La ginogénesis y la androgénesis implican una reproducción uniparental, es decir, la aportación de cromosomas procede de un solo progenitor. El espermatozoide (en la ginogénesis) o el óvulo (en la androgénesis) se irradia para destruir los cromosomas, seguido de la fusión con un óvulo o un espermatozoide no tratado, respectivamente, para formar un embrión haploide y luego se restablece la diploidía inhibiendo la primera división mitótica mediante un choque de temperatura o presión (Dunham, 2004). Los DH androgenéticos y ginogenéticos son, por tanto, 100% homocigóticos y han sido inducidos con éxito en muchas especies de peces, con rendimientos reportados de DH eclosionados que oscilan entre el 1% y el 20%, aunque las tasas de supervivencia suelen ser bajas y la fertilidad se reduce en las hembras (Komen y Thorgaard, 2007; Pandian y Kirankumar, 2003; Zhang et al., 2011a). La ginogénesis también puede lograrse mediante la supresión de las divisiones meióticas (meiosis I en los peces y meiosis I o II en los moluscos), pero en este caso, hay regiones de heterocigosidad debido a la recombinación.
Los ginógenos y andrógenos pueden utilizarse para estudiar el mecanismo de determinación del sexo en los peces. Por ejemplo, en especies con el sistema XX-XY, se espera que todos los ginógenos sean XX y, por tanto, hembras, mientras que los andrógenos deberían segregar como XX e YY. Sin embargo, en algunos casos, se han observado desviaciones de las proporciones de sexo esperadas en la progenie debido a factores autosómicos y/o ambientales (Devlin y Nagahama, 2002; Ezaz et al., 2004). La ginogénesis y la androgénesis también pueden emplearse para crear poblaciones monosexuales, pero debido a la elevada mortalidad de los huevos manipulados, esto no ha sido factible a escala comercial. En combinación con la tecnología de inversión del sexo (por ejemplo, cruzando la progenie ginogenética XX con machos XX de sexo invertido), se pueden producir cantidades a gran escala de peces monosexuales, pero esto todavía no es rutinario en los criaderos comerciales (Beaumont et al., 2010).
Un segundo ciclo de ginogénesis o androgénesis puede dar lugar a líneas clonales isogénicas, que son útiles para el mapeo genético y el análisis de QTL. Se han establecido con éxito líneas clonales en varias especies de importancia comercial como la trucha arco iris, la carpa común, el salmón amago y la tilapia del Nilo (Komen y Thorgaard, 2007). Además, la androgénesis puede aplicarse para recuperar especies extintas o en peligro de extinción a partir de poblaciones almacenadas de esperma criopreservado (Babiak et al., 2002; Yasui et al., 2010). La ginogénesis también se ha sugerido como una herramienta para acelerar la eliminación de genes deletéreos recesivos y para producir peces endogámicos con rasgos deseados, como mayores tasas de crecimiento y resistencia a las enfermedades (FAO, 2011d).