An integrated and comparative approach to genetic selection of the aquaculture species Dicentrarchus labrax

The European sea bass, Dicentrarchus labrax, is one of the most important marine species cultivated in Southern Europe and has not benefited from selective breeding. One of the major goals in the sea bass (D. labrax) aquaculture industry is to understand and control the complexity of growth associated traits. The aim of the methodology developed for the studies reported in the thesis was not only to establish genetic and genomic resources for sea bass, but to also develop a conceptual strategy to efficiently create knowledge in a research environment that can easily be transferred to the aquaculture industry. The strategy involved; i) establishing an annotated sea bass transcriptome and then using it to, ii) identify new genetic markers for target QTL regions so that, iii) new QTL analysis could be performed and marker based resolution of the DNA regions of interest increased, and then iv) to merge the linkage map and the physical map in order to map the QTL confidence intervals to the sea bass genome and identify genes underlying the targeted traits. Finally to test if genes in the QTL regions that are candidates for divergent growth phenotypes have modified patterns of transcription that reflects the modified whole organism physiology SuperSAGE-SOLiD4 gene expression was used with sea bass with high growth heterogeneity. The SuperSAGE contributed to significantly increase the transcriptome information for sea bass muscle, brain and liver and also led to the identification of putative candidate genes lying in the genomic region of growth related QTL. Lastly all differentially expressed transcripts in brain, liver and muscle of the European sea bass with divergent specific growth rates were mapped to gene pathways and networks and the regulatory pathways most affected identified and established the tissue specific changes underlying the divergent SGR. Owing to the importance of European sea bass to Mediterranean aquaculture and the developed genomics resources from the present thesis and from other studies it should be possible to implement genetic selection programs using marker assisted selection.

O robalo (Dicentrarchus labrax L.; Dicentrarchidae) é um peixe teleósteo marinho gonocorístico, que habita nas áreas costeiras Europeias temperadas do Oceano Atlântico e em todo o Mar Mediterrâneo. A sua exploração intensiva como uma especie de aquacultura é relativamente recente e a produção é concentrada predominantemente no Mar Mediterrâneo. Era inicialmente cultivado em regime semi - intensivo em sistemas lagunares mas desde os anos oitenta que a produção se tornou progressivamente mais intensiva devido ao seu elevado valor comercial. A produção mundial total em 2009 (últimos dados disponiveis, FAO) foi de 112,183 toneladas, representando um valor de mercado de cerca de 500 milhões de Euros. A criação de robalo em aquacultura e o seu valor comercial associado têm sido a força motriz, num relativo curto espaço de tempo, para a produção de conhecimento via investigação científica. A investigação efectuada ocorreu principalmente nos ultimos vinte anos e engloba desde biologia básica até à genética e genómica dos dias de hoje. Nos últimos cinco anos com a revolução apelidada de sequenciação de próxima geração (NGS, “next generation sequencing”), a criação de dados genómicos e genéticos tem crescido exponencialmente, mesmo tendo em consideração o avanço em geral mais lento da investigação em pescas e aquacultura em resultado de uma comunidade cientifica relativamente mais pequena e com fundos mais limitados em comparação com outras áreas de investigação. O trabalho descrito na presente tese é parte integrante de dois projectos Europeus, o “Aquafirst” e “Network of Excellence Marine Genomics” que tinham em comum o objectivo de desenvolver recursos genéticos e genómicos para várias espécies marinhas criada em aquacultura, incluindo o robalo (Dicentrarchus labrax). A aplicação de selecção genética em espécies criadas em aquacultura está em fase de desenvolvimento inicial, a presente tese e respectivos resultados vêm contribuir para gerar uma base para os estudos de genética molecular e respectiva aplicação na criação de robalo. Os recursos gerados incluem sequências de etiquetas de expressão (EST, “expressed sequence tags”) de vários tecidos, um mapa genético de ligação (“linkage map”), pesquisa genómica de loci de fenótipo quantificáveis (QTLs, “quantitative trait loci”) e os respectivos mapeamentos no mapas genéticos “linkage” e genómicos e finalmente um estudo do transcriptoma do robalo para analisar as diferenças a nível de expressão genómica entre peixes com as maiores e menores taxas de crescimento específico (SGR, “specific growth rates”). Tendo em conta a importância da produção do robalo em aquacultura da Europa Mediterrânea e aos recursos genéticos e genómicos apresentados na presente tese e de igualmente outros projectos com o mesmo objectivo, deverá brevemente ser possível a implementação de programas de selecção genética usando selecção assistida por marcadores genéticos.

Universidade do Algarve, Faculdade de Ciências e Tecnologia