Identifican genes relacionados con el crecimiento y sexo del paiche (Arapaima gigas)

Brasil 27/06/2019 - Investigadores brasileños y alemanes han identificado genes asociados a la diferenciación del sexo en el paiche o piracurú (Arapaima gigas), uno de los peces de más rápido crecimiento del mundo e icono de la acuicultura amazónica. Estos descubrimientos pueden facilitar sexado temprano de la especie y su reproducción en cautividad, al tiempo que facilitan la mejora genética.

Los resultados de la investigación han sido publicados en Scientific Reports bajo el título “The genome of the arapaima (Arapaima gigas) provides insights into gigantism, fast growth and chromosomal sex determination system”.

Arapaima gigas alcanza la madurez sexual a los 4 años y medio, y se piensa que vive hasta 100 años. El dimorfismo sexual aparece en la etapa reproductiva, cuando el color de las escamas se vuelve más rojo en los machos para diferenciarse de las hembras.

La determinación temprana del sexo antes de que los juveniles alcancen la madurez cuando los machos y las hembras se diferencias morfológicamente y fenotípicamente es un paso clave en el estudio reproductivo de la especie.

Como señaló uno de los investigadores principales, Rafael Henrique Nóbrega, del Centro de Acuicultura de la Universidad Estatal de São Paulo en Botucatu, en Brasil, la determinación del sexo en fase juvenil no es posible a través de diferencias fenotípicas secundarias relacionadas, por lo que la única manera es a través de la identificación de genes y en la comprensión de los mecanismos de diferenciación sexual.

Como ya informamos en misPeces anteriormente, un borrador del genoma de A. gigas fue publicado en septiembre de 2018 por investigadores de la Universidad Federal de Pará y Rio Grande do Norte, entre otras instituciones.

La secuencia realizada más recientemente por Nóbrega, Oliveira y colaboradores lleva a importantes descubrimientos genéticos relacionados con características tales como el gigantismo y el rápido crecimiento. También mostró que la determinación y diferenciación del sexo en la especie son compatibles con un sistema de determinación del sexo del cromosoma XY.

"Aunque A. gigas no tiene cromosomas sexuales heteromórficos que puedan detectarse citológicamente [mediante análisis de células tisulares], identificamos exclusivamente marcadores masculinos que respaldan la existencia de un sistema de determinación del sexo por cromosoma XY", dijo Nóbrega.

Los primeros estudios se remontan a 2015 cuando los investigadores recolectaron de la piscifactoría Peixes da Amazônia en Senador Guiomard, cerca de Rio Branco, capital del estado de Acre en el norte de Brasil trozos de aletas para su posterior análisis en un laboratorio especializado en genética de Alemania y Francia donde su ADN fue secuenciado.

Se obtuvieron genomas de diferentes tamaños para machos y hembras. El genoma masculino tiene 666 millones de pares de bases, mientras que el genoma femenino tiene 664 millones. Ambos son bastante pequeños como los genomas de peces, y solo una quinta parte del tamaño del genoma humano, que Tiene 3 mil millones de pares de bases .

El genoma de A. gigas se comparó con la de una especie arowana asiática (Scleropages formosus), la única especie del orden de los osteoglosiformes como arapaima con un genoma secuenciado.

También se comparó con los genomas de otras diez especies pertenecientes a varios órdenes, como la anguila europea (Anguilla anguilla), el bacalao del Atlántico (Gadus morhua), la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus), la Torafugu (raya de Takifugu), el pez cebra (Danio rerio) y los primitivos coelacanths (Latimeria spp.), que evolucionaron hace 400 millones de años y desde entonces han cambiado poco o nada.

Se construyó un árbol filogenético que indica los probables tiempos de divergencia para los ancestros de las especies estudiadas. Cuanto más estrechamente relacionados están genéticamente, más corto es el tiempo entre los eventos de división del linaje. El orden Osteoglossiformes, al que pertenecen las arapaimas y otras especies similares, evolucionó hace 138,4 millones de años, es decir, al mismo tiempo, en Sudamérica y África cuando los continentes africano y sudamericano comenzaron a separarse.

El pariente más cercano entre las diez especies analizadas fue A. anguilla, que hace 200 millones de años tenía un antepasado común con arapaimas.

Los investigadores también se propusieron identificar genes seleccionados positivamente en el genoma de A. gigas, es decir, genes resultantes de la evolución adaptativa de un linaje y frecuentemente asociados con funciones recientemente mejoradas o seleccionadas de la especie.

Ante la falta de cromosomas sexuales, los investigadores buscaron marcadores de RAD capaces de mostrar si un juvenil va a ser macho, y se encontró que hay una región del genoma específica característica en los machos que no se encuentra en las hembras, lo que puede considerarse compatible con un sistema de determinación del sexo del cromosoma XY.

Referencia:
Kang Du, Sven Wuertz, Mateus Adolfi, Susanne Kneitz, Matthias Stöck, Marcos Oliveira, Rafael Nóbrega, Jenny Ormanns, Werner Kloas, Romain Feron, Christophe Klopp, Hugues Parrinello, Laurent Journot, Shunping He, John Postlethwait, Axel Meyer, Yann Guiguen & Manfred Schartl. The genome of the arapaima (Arapaima gigas) provides insights into gigantism, fast growth and chromosomal sex determination system. https://www.nature.com/articles/s41598-019-41457-x