راه گشایی سریعتر بهبود ژنتیکی در ماهی تیلاپیا به روش اصلاح نژاد ژنومی دقیق

ایلنا:

اهمیت شتاب گیری پرورش با بهبود ژنتیکی

ابتکارات به گزینی پرورشی Geno Mar منجر به نقاط عطف قابل توجهی در پرورش ماهی تیلاپیا شده که سبب تکامل صنعت جهانی تیلاپیا در سه دهه گذشته گردیده است. این پیشرفت منجر به توسعه سویه‌ و محصولات با نرخ رشد برتر شده است. آزمایش‌های میدانی نشان داده‌ که بچه ماهی‌های به گزینی شده Geno Mar می‌توانند به آبزی‌پروران کمک کنند تا هم تولید و هم سودآوری را تا بیش از 30 درصد افزایش دهند.

نوآوری در پرورش انتخابی

سرعت پیشرفت ژنتیکی برای یک صفت، به عوامل متعددی مثل تعداد نسل‌های تحت انتخاب و دقت روش‌های انتخاب بستگی دارد. در برنامه اصلاح نژاد Geno Mar، نسل‌های اولیه عمدتاً بر رشد سریع تمرکز داشتند که منجر به پیشرفت‌های اساسی با هر تکرار ‌شد. بر اساس برنامه تسریع در بلوغ، صفات دیگر مانند عملکرد فیله و مقاومت به بیماری، در معیارهای انتخاب ادغام گردید.

در هشت نسل گذشته، دو نوآوری کلیدی در برنامه های اصلاحی اجرا شده است (شکل 1). Geno Mar  در حال حاضر در حال برداشت و جمع آوری فنوتیپ از نسل 35 جمعیت پرورشی است. انتخاب ژنومی به طور کامل در نسل 28 اجرا شد و از نسل 31 به بعد، انتخاب ژنومی را با اصلاح دقیق از طریق خط تکثیر ترکیب کرد. در شکل 1 نتایج سه برابری حاصل از به‌گزینی ژنتیکی در هفت نسل گذشته با اجرای این دو نوآوری نشان داده شده است. بنابراین، این رویکرد متمرکز، دقت را افزایش می‌دهد و گردش نسل را تسریع می‌کند، پیشرفت‌ها را سریع پیش می‌برد و موفقیت مستمر طرح‌های پرورشی را تضمین می‌کند.

شکل 1- افزایش نسبی تخمینی مقادیر صفت تولید مثل (EBVs) ، وزن 250 گرم، دوازده نسل آخر مولدین با تبار اصلی تیلاپیا  Geno Mar

نکته : نسل 22 به عنوان خط پایه برای محاسبه افزایش وزن در هر نسل استفاده می‌شود. انتخاب ژنومی در نسل 28 اجرا شد. این نوآوری‌های اخیر در انتخاب ژنومی و خط تکثیر، با افزایش درصد نسبی در EBVs برای وزن 250 گرم از لاین پرورشیGeno Mar 250، در هفت نسل گذشته بیش از سه برابر شده است. علاوه بر این، فاصله نسلی  36 درصد کاهش یافته است.

انتخاب ژنومی در برنامه های اصلاحی تیلاپیا

انتخاب کامل ژنومی در سویه Geno Mar در اوایل سال 2019 اجرا شد. این فرآیند شامل انتخاب برترین بچه ماهیان برای تبدیل به مولدین آینده است. جمعیت مرجع در محیط‌های مختلف گوناگون مورد سنجش قرار گرفتند و داده های فنوتیپی ارائه شد. ژنوتیپ هر دو گروه مشخص شده و ارزش‌های اصلاح نژادی با استفاده از اثرات پلی مورفیسم تک نوکلئوتیدی (SNP) مشتق شده از جمعیت مرجع محاسبه می‌شود. این روش، رتبه بندی دقیق و انتخاب بهترین ماهی را تضمین می‌کند.

ابزار ژنوتیپ: تراشه متراکم SNP [1]

منابع قابل توجهی در توسعه ابزارهای ژنتیکی نوآورانه با هدف افزایش قابلیت‌های پیش‌بینی در برنامه‌های اصلاح نژاد Geno Mar  سرمایه‌گذاری شده است که در نهایت با ایجاد محصولات برتر، سود آن به آبزی‌پروران برمی‌گردد. آغاز مسیر این شرکت با استفاده از اطلاعات DNA در اصلاح نژاد انتخابی از اوایل سال 2000 آغاز شد و با توسعه اولین آرایه SNP[2]  متراکم برای تیلاپیای نیل (Onil50) در سال 2016 به اوج رسید که شامل تقریباً 58000 SNP از ژنوم تیلاپیا بود.

[1] تراشه های SNP ریزآرایه های DNA هستند که تنوع ژنتیکی را در صدها هزار مکان خاص در سراسر ژنوم آزمایش می‌کنند. آن‌ها در ابتدا برای آزمایش چند شکلی‌های تک نوکلئوتیدی (SNPs) طراحی شدند.[2] SNP  به تغییر یک نوکلئوتید در مکانی مشخص در ژنوم اطلاق می‌شود. تغییرات تک‌نوکلئوتیدی اگر نادر باشند، به عنوان یک جهش یا واریانت شناخته می‌شوند. اما اگر فراوانی چنین جهشی به ۱ درصد یا بیشتر در جمعیت برسد، آن را یک SNP  می‌گویند.

با استفاده از آرایه Onli50 SNP به مدت تقریباً شش سال و آزمایش آن بر روی نزدیک به 300,000 ماهی تیلاپیا در فرایند پرورش ، داده ها و بینش گسترده‌ای در مورد عملکردآرایه هایSNP  های مختلف برای جمعیت‌های پرورشی جمع آوری شده است. این انبوه اطلاعات، امکان شناسایی SNP های مهم و حذفSNP هایی که به طور موثر کار نمی‌کنند را فراهم کرده است. در نتیجه، ما این را به نسخه جدید آرایه SNP تجاری، معروف به آرایهOnil_70 به‌روزرسانی کرده‌ایم.

تراشه‌ی جدید، شامل 40,000 نشانگر با کیفیت بالا و به روز شده‌ی آرایه قبلی Onil50 است و تقریبا 30,000 SNP جدید نیز به آن افزوده گردیده.‌SNP های Geno Mar با استفاده از مونتاژ ژنوم مرجع (داخلی ) با استفاده از توالی‌های بلندخوان و کوتاه خوان، توسعه یافته‌اند. این رویکرد، نشانگرهای ژنتیکی مناسب برای سویه‌های Geno Mar را در اختیار محققان قرار داد و دقت بیشتری را در برنامه‌های اصلاحی اعمال نمود.

استراتژی اصلاح ‌نژادی

برای ارتقای ماهی تیلاپیا به سطح “جایگزین مرغ با عنوان مرغ آبزی [3]مدرن”، GenoMar  تکنیک‌های اصلاح نژاد پرورش را با استفاده از روش‌های صنعت طیور اتخاذ نمود. خطوط چندگانه اصلاح نژاد با سبد محصولات همراستا هستند، که هر کدام بر روی صفات خاصی برای پاسخگویی به تقاضاهای بازار جهانی تمرکز دارند. تلاقی استراتژیک خطوط مختلف اصلاح نژاد برای تولید تجاری ماهی انگشت قد، باعث تعادل عملکرد، ترکیب صفات مکمل و افزایش بهره وری فراتر از لاین های والدین می‌شود (جدول 1).

[3] تیلاپیا به دلیل عملکرد بالای رشد، هزینه کم و طعم مطلوب، اغلب به عنوان مرغ آبزی نامیده می‌شود. این آبزی به یکی از محبوب ترین گونه‌های آبزی پرورشی در سراسر جهان تبدیل شده است و تحت سیستم‌های نیمه فشرده و فشرده پرورش می‌یابد.

شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که اصلاح نژاد همراه با انتخاب ژنومی، 210 درصد سود ژنتیکی اضافی را برای 250 Geno Mar طی ده سال آینده به همراه خواهد داشت و شرکت Geno Mar را به عنوان تولیدکننده «مرغ آبزی» تبدیل می‌کند.

جدول 1- استراتژی محصول جهانی بر اساس لاین های مختلف اصلاح نژاد برای بازارهای مختلف در آسیا و آمریکای لاتین

یادداشت: در بازار تیلاپیا، “سایز ماهی مناسب برای سفره” به ماهی‌های کوچکتر با وزن حدود 300 گرم و مناسب برای مصرف کنندگان خرده فروشی اطلاق می شود، در حالی که “ماهی متوسط ​​تا بزرگ” به ماهی های بزرگتر با وزن 800 گرم تا 1 کیلوگرم یا بیشتر گفته می‌شود که مورد پسند واحد‌های فرآوری هستند. صنعت و مناطقی که بخش‌های بزرگتری را ترجیح می دهند با شرح جزئیات هر محصول در www.genomar.com موجود است.

شکل 2- شبیه‌سازی سود ژنتیکی نسبی را با ترکیب دو نوآوری جدید: انتخاب ژنومی و اصلاح نژاد در برنامه اصلاحی را نشان می‌دهد.

یادداشت: ارزش تخمینی اصلاح نژاد Estimated breeding value (EBV))، یک محاسبه بر اساس عملکرد والدین برای یک صفت و تخمین عملکرد فرزندان آن‌ها برای همان صفت است. شکل 2 نشان می‌دهد که استراتژی جدید ما برای ترکیب انتخاب ژنومی و اصلاح نژاد، 210 درصد سود ژنتیکی اضافی را برای Geno Mar250 در طی یک دوره ده ساله به همراه دارد.

علاوه بر این، رویکرد استراتژیک برای تولید تجاری ماهیان انگشت قد با استفاده از لاین اصلاح نژاد به گونه‌ای طراحی شده که اگر رقبا بچه ماهی‌های تجاریGeno Mar  را در برنامه‌های پرورش خود بگنجانند، سطوح همخونی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند (شکل 3). همخونی بیش از حد در جمعیت پرورش ماهی می‌تواند منجر به رکود (پریشانی) همخونی[4] شود که منجر به اثرات نامطلوب بر رشد، تناسب اندام و سلامت کلی می گردد. این منجر به افزایش بروز صفات مضر، کاهش موفقیت باروری و سیستم ایمنی بدن می شود. چنین شرایطی بر قابلیت حیات عملیات هچری تأثیر می‌گذارد.

[4] رکود (پریشانی) همخونی یا افسردگی خویش‌آمیزی یا افسردگی درون‌آمیزی به انگلیسی (Inbreeding depression): کاهش برازش زیستی در یک جمعیت معین در نتیجه همخونی (مانند نژاد افراد مرتبط) است. برازش زیستی جمعیت به توانایی یک جاندار زنده برای زنده ماندن و تداوم مواد ژنتیکی آن اشاره دارد. افسردگی همخونی اغلب نتیجه تنگنای جمعیت است. به‌طور کلی، هر چه تنوع ژنتیکی یا خزانه ژنی در یک جمعیت تولیدمثلی بیشتر باشد، احتمال ابتلا به افسردگی همخونی کمتر است.

شکل 3-بیان کننده شبیه‌سازی‌های افزایش سطح همخونی در یک جمعیت ناشی از پرورش غیرمجاز محصولات تجاری Geno Mar توسط رقبا.

نکته: روند گسترده‌ای در آبزی‌پروری تیلاپیا نیل وجود دارد که در آن هچری‌های غیر مجاز، ماهی‌های ماده را از سویه‌های مختلف  (با یا بدون برنامه اصلاح نژادی) خریداری می‌کنند و بچه ماهی‌های نر تجاری را به منظور تولید سویه جدید به سرقت می‌برند.

نتیجه گیری و چشم انداز آینده

آینده اصلاح نژاد ماهی تیلاپیا دارای پتانسیل قابل توجهی برای بهبود ژنتیکی است که باعث افزایش حاشیه سود برای پرورش دهندگان می شود. فن آوری های انتخابی اصلاح نژادی به طور قابل توجهی در طول قرن گذشته تکامل یافته است. این فناوری ها به سرمایه گذاری و منابع مالی قابل توجهی نیاز دارند که ممکن است برای همه افراد در بازار امکان پذیر نباشد. با استفاده از این فناوری‌های جدید، هدف ما بهبود قابل ملاحظه و دقت در تصمیم گیری روش های اصلاح نژاد ، تولید محصولات بهتر و سودآورتر و پایدارتر صنعت تیلاپیا است. هدف پرورشی GenoMar عرضه بچه‌ ماهی های انگشت قدبا کیفیت بالا، حمایت از تولید سالم، سودآور و محصولات با ارزش افزوده است. هدف این است که تیلاپیا را به عنوان یک منبع پروتئین جایگزین پایدار قرار دهیم، که نیازهای غذایی جهانی را به طور مسئولانه و پایدار برآورده کند.~7~8

دکتر Rajesh Joshi  به عنوان محقق ارشد در بخش تحقیق و توسعه درGeno Mar Genetics Group نروژ خدمت می‌کند. نقش او نظارت بر برنامه ریزی و اجرای فعالیت‌های مختلف در هسته اصلاح نژاد و تجهیزات و امکانات تکثیر ماهی تیلاپیا در فیلیپین و برزیل است. او همچنین مسئول برنامه‌ریزی محصول و هماهنگی معیارها، مستندسازی و تلاش‌های ارزیابی عملکرد در کشورهای مختلف آسیا و آمریکای لاتین است. علاوه بر این، دکترJoshi   به‌عنوان استاد مدعو در چندین دانشگاه در سراسر جهان، از جمله CLSU در فیلیپین فعالیت می‌کند.