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Genetic parameters and genotype - environment interaction for growth and quality traits in whiteleg shrimp (Penaeus vannamei)
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Authors
Abstract(s)
Genetic improvement of aquaculture species is crucial to ensure sustainable and profitable production. This applies especially to whiteleg shrimp (Penaeus vannamei), the most produced aquaculture species globally in terms of biomass.
In this trial, conducted in the facilities of Grupo Almar, Ecuador, a population from a Penaeus vannamei breeding program (PMG-BIOGEMAR), comprised of full-sib and half-sib families, was assessed for heritability, genetic and phenotypic correlations and the genotype-environment interaction (GxE). The traits assessed in this study were related to weight, morphology, and quality (texture, and color).
The company cultures its breeding nucleus in a high-salinity and high-density RAS environment, referred to as "ASIN", but conducts the commercial grow-out in low-salinity and low-density earth ponds, referred to as "BASIN". The vast differences between the two environments make it important to evaluate potential GxE effects between those two environments. Further, as the animals are commercialized and studied for genetic parameters in fresh, frozen, and thawed state, those three additional environments are equally of interest for GxE.
For this particular trial, animals from the same families were cultured in “ASIN” and “BASIN” and traits of interest were studied in fresh, frozen and thawed state, depending on the trait and feasibility.
Estimations for heritability of weight obtained in this study ranged from 0.22-0.34. For morphology traits, heritability was estimated from 0.05-0.32. Heritability estimates of quality traits ranged from 0.00-0.28 for texture traits, and 0.03-0.28 for color traits.
Regarding the study of GxE, interactions were determined by genetic correlations between the same trait in the two respective environments.
Considering growth traits between “ASIN” and “BASIN”, the estimations of genetic correlations ranged from 0.69 to 0.88, indicating low but notable interaction. Genetic correlation estimates for the same traits between fresh and thawed animals were high, ranging from 0.93 to 0.99, implying low to no GxE interaction.
Genetic correlations between the color traits evaluated in frozen and thawed animals were high, ranging from 0.98 to 1. The standard errors were low, at 0.02-0.05, giving high confidence in the conclusion that no GxE is present.
A melhoria genética das espécies de aquacultura é fundamental para garantir uma produção sustentável e rentável. Isto aplica-se especialmente ao camarão-de-patas-brancas (Penaeus vannamei), a espécie de aquacultura mais produzida globalmente quando se compara a biomassa. Neste ensaio, conduzido nas instalações do Grupo Almar, Equador, uma população de Penaeus vannamei composta por famílias de irmãos completos e meios-irmãos, que foi seletivamente criada durante 6 gerações, principalmente para o crescimento, foi avaliada em vários aspetos relacionados com os caracteres genéticos, nomeadamente a hereditariedade, as correlações genéticas e fenotípicas e a interação entre o genótipo e o ambiente (GxE). As caraterísticas relevantes para este estudo foram o peso, a morfologia, a textura e a cor. Dada a situação específica da empresa, que mantém o núcleo de reprodução num ambiente de RAS de alta salinidade e alta densidade, doravante designado por “ASIN”, mas que conduz o crescimento comercial dos animais em tanques de terra de baixa salinidade e baixa densidade, doravante designados por “BASIN”, é especialmente importante avaliar os potenciais efeitos GxE entre estes dois ambientes. No entanto, dada a forma como os camarões são não só comercializados, mas também estudados para parâmetros genéticos, há mais três ambientes de interesse, os “estados” do animal em fresco, congelado e descongelado. Para isso, animais das mesmas famílias foram cultivados nos dois ambientes “ASIN” e “BASIN” e as caraterísticas de interesse foram estudadas no estado fresco, congelado e descongelado, dependendo da caraterística e da viabilidade. Com todos os parâmetros estabelecidos, foram formuladas hipóteses de estratégias de seleção artificial para a geração seguinte. Embora inicialmente, durante a conceção do estudo, estivesse planeado um total de 2280 amostras, devido a um incidente só foi possível utilizar 1009 amostras, uma vez que uma avaria no congelador de amostras fez com que as restantes amostras se deteriorassem para além do ponto de utilização. Este facto também reduziu consideravelmente o número de descendentes por família, uma caraterística importante de uma população que produz resultados qualitativos em estudos de genética quantitativa. As estimativas de hereditariedade do peso variaram entre 0,22 e 0,34. A estimativa mais elevada foi obtida para os animais do ambiente “BASIN”. Para as caraterísticas morfológicas, a hereditariedade foi estimada entre 0,05 e 0,32, tendo a hereditariedade mais elevada sido encontrada igualmente para a largura do segundo e terceiro segmentos. As correlações genéticas entre a maioria das caraterísticas de crescimento foram elevadas. As estimativas de hereditariedade dos caracteres de qualidade da carne variaram entre 0,00-0,28 para os caracteres de textura, com a maior hereditariedade obtida para a força máxima de corte, e 0,03-0,28 para os caracteres de cor, com a maior estimativa obtida para a intensidade do vermelho em animais descongelados. Algumas correlações genéticas entre os caracteres de textura e de crescimento, bem como entre os caracteres de textura, foram estimadas como sendo elevadas, enquanto as correlações genéticas entre os caracteres de cor e os parâmetros de crescimento variaram a níveis mais baixos. Para o estudo de GxE, as interações foram determinadas por correlações genéticas entre a mesma caraterística nos dois ambientes respetivos. Entre “ASIN” e “BASIN”, as estimativas das correlações genéticas variaram de 0,69 a 0,88. Estas correlações são consideradas elevadas, mas o grau de interação entre o genótipo e o ambiente implícito na correlação não é negligenciável. No entanto, não é possível tirar conclusões verdadeiras destes valores, uma vez que os erros-padrão das estimativas foram elevados, variando entre ± 0,12 e ± 0,32. Esta imprecisão da estimativa deveu-se provavelmente ao incidente que envolveu a unidade de congelação, o que levou a que apenas alguns pontos de dados do ambiente “ASIN” estivessem disponíveis para a análise. A média de descendentes por família dos restantes animais deste ambiente foi muito baixa, 2,67. No entanto, também foi possível concluir que a exatidão das estimativas foi afetada por erros de medição. As estimativas de correlação genética para as caraterísticas de crescimento entre animais frescos e descongelados foram elevadas, variando entre 0,93 e 0,99, o que implica uma interação GxE baixa ou nula. Os erros-padrão das estimativas variaram de 0,02 a 0,15, dando mais confiança nos resultados em comparação com as estimativas entre “ASIN” e “BASIN”. Isto pode ser atribuído ao maior tamanho da amostra disponível, bem como ao maior número de progénies por família de 4,45. As caraterísticas de textura só foram avaliadas num ambiente, pelo que não foram estimadas interações GxE para essas caraterísticas. As caraterísticas de cor foram avaliadas nos estados congelado e descongelado, pois são os tratamentos mais comuns para comercialização. As correlações genéticas entre os dois ambientes foram altas, variando de 0,98 a 1. Os erros padrões foram baixos, de 0,02-0,05, dando alta confiança nas estimativas. Estes resultados são especialmente interessantes, dado que a influência da congelação e descongelação nos traços de cor é significativa em P. vannamei, e que os efeitos de GxE não foram publicados anteriormente. Para escolher as caraterísticas candidatas à seleção no programa de melhoramento, uma destaca-se significativamente. Na empresa do Grupo Almar, o peso é uma das caraterísticas comercialmente mais valiosas, tendo obtido a estimativa de maior hereditariedade com 0,34. Dada a sua elevada correlação genética com todas as outras caraterísticas de crescimento, deve ser considerada a principal caraterística a selecionar para a próxima geração. Relativamente à natureza invasiva em que os caracteres de textura são estudados, uma vez que requerem a escarificação do animal, deve ser avaliado se é possível a seleção indireta sobre esses caracteres. Para tal, deve ser avaliada a correlação genética com outras caraterísticas de hereditariedade relativamente elevada. Entre a textura e a cor não foram encontrados resultados dignos de nota, mas algumas caraterísticas de textura apresentaram correlações notáveis com caraterísticas de crescimento. A coesão do tecido da carne apresentou consistentemente as correlações genéticas mais elevadas com todas as caraterísticas de crescimento, seguida da gomosidade, da força máxima de corte e da dureza. Como as caraterísticas de crescimento estão atualmente sob seleção, poderia ser interessante seguir a evolução das caraterísticas de textura ao longo das próximas gerações do programa de criação. Relativamente aos caracteres de cor, a intensidade do vermelho e do amarelo obtiveram estimativas de hereditariedade suficientemente elevadas para serem consideradas para seleção. A hereditariedade também foi maior nas amostras descongeladas do que nas congeladas. Embora a luminosidade tenha apresentado apenas uma baixa hereditariedade, quando avaliada em amostras descongeladas, apresentou correlações genéticas elevadas com caraterísticas de crescimento. Tal como para os caracteres de textura, o desenvolvimento da luminosidade pode ser monitorizado nas gerações futuras para verificar a correlação genética com os caracteres de crescimento. Em estudos futuros, alguns pontos na forma como os parâmetros genéticos foram estudados deveriam ser melhorados. Mais importante ainda, para obter as medições mais precisas das características do crescimento, um software que possa determinar o tamanho a partir de imagens com exatidão poderia aumentar muito a exatidão. No caso dos parâmetros de textura, se possível, uma dimensão de amostra padronizada poderia produzir resultados mais exatos, bem como aumentar a comparabilidade dos resultados entre gerações. Num ensaio futuro, as medições de cor deveriam ser efetuadas em animais frescos, para investigar se a variação adicional causada pelos efeitos de congelação-descongelação reduziu as estimativas de hereditariedade. Isto permitiria uma investigação mais aprofundada sobre as interações GxE de animais frescos congelados e frescos descongelados.
A melhoria genética das espécies de aquacultura é fundamental para garantir uma produção sustentável e rentável. Isto aplica-se especialmente ao camarão-de-patas-brancas (Penaeus vannamei), a espécie de aquacultura mais produzida globalmente quando se compara a biomassa. Neste ensaio, conduzido nas instalações do Grupo Almar, Equador, uma população de Penaeus vannamei composta por famílias de irmãos completos e meios-irmãos, que foi seletivamente criada durante 6 gerações, principalmente para o crescimento, foi avaliada em vários aspetos relacionados com os caracteres genéticos, nomeadamente a hereditariedade, as correlações genéticas e fenotípicas e a interação entre o genótipo e o ambiente (GxE). As caraterísticas relevantes para este estudo foram o peso, a morfologia, a textura e a cor. Dada a situação específica da empresa, que mantém o núcleo de reprodução num ambiente de RAS de alta salinidade e alta densidade, doravante designado por “ASIN”, mas que conduz o crescimento comercial dos animais em tanques de terra de baixa salinidade e baixa densidade, doravante designados por “BASIN”, é especialmente importante avaliar os potenciais efeitos GxE entre estes dois ambientes. No entanto, dada a forma como os camarões são não só comercializados, mas também estudados para parâmetros genéticos, há mais três ambientes de interesse, os “estados” do animal em fresco, congelado e descongelado. Para isso, animais das mesmas famílias foram cultivados nos dois ambientes “ASIN” e “BASIN” e as caraterísticas de interesse foram estudadas no estado fresco, congelado e descongelado, dependendo da caraterística e da viabilidade. Com todos os parâmetros estabelecidos, foram formuladas hipóteses de estratégias de seleção artificial para a geração seguinte. Embora inicialmente, durante a conceção do estudo, estivesse planeado um total de 2280 amostras, devido a um incidente só foi possível utilizar 1009 amostras, uma vez que uma avaria no congelador de amostras fez com que as restantes amostras se deteriorassem para além do ponto de utilização. Este facto também reduziu consideravelmente o número de descendentes por família, uma caraterística importante de uma população que produz resultados qualitativos em estudos de genética quantitativa. As estimativas de hereditariedade do peso variaram entre 0,22 e 0,34. A estimativa mais elevada foi obtida para os animais do ambiente “BASIN”. Para as caraterísticas morfológicas, a hereditariedade foi estimada entre 0,05 e 0,32, tendo a hereditariedade mais elevada sido encontrada igualmente para a largura do segundo e terceiro segmentos. As correlações genéticas entre a maioria das caraterísticas de crescimento foram elevadas. As estimativas de hereditariedade dos caracteres de qualidade da carne variaram entre 0,00-0,28 para os caracteres de textura, com a maior hereditariedade obtida para a força máxima de corte, e 0,03-0,28 para os caracteres de cor, com a maior estimativa obtida para a intensidade do vermelho em animais descongelados. Algumas correlações genéticas entre os caracteres de textura e de crescimento, bem como entre os caracteres de textura, foram estimadas como sendo elevadas, enquanto as correlações genéticas entre os caracteres de cor e os parâmetros de crescimento variaram a níveis mais baixos. Para o estudo de GxE, as interações foram determinadas por correlações genéticas entre a mesma caraterística nos dois ambientes respetivos. Entre “ASIN” e “BASIN”, as estimativas das correlações genéticas variaram de 0,69 a 0,88. Estas correlações são consideradas elevadas, mas o grau de interação entre o genótipo e o ambiente implícito na correlação não é negligenciável. No entanto, não é possível tirar conclusões verdadeiras destes valores, uma vez que os erros-padrão das estimativas foram elevados, variando entre ± 0,12 e ± 0,32. Esta imprecisão da estimativa deveu-se provavelmente ao incidente que envolveu a unidade de congelação, o que levou a que apenas alguns pontos de dados do ambiente “ASIN” estivessem disponíveis para a análise. A média de descendentes por família dos restantes animais deste ambiente foi muito baixa, 2,67. No entanto, também foi possível concluir que a exatidão das estimativas foi afetada por erros de medição. As estimativas de correlação genética para as caraterísticas de crescimento entre animais frescos e descongelados foram elevadas, variando entre 0,93 e 0,99, o que implica uma interação GxE baixa ou nula. Os erros-padrão das estimativas variaram de 0,02 a 0,15, dando mais confiança nos resultados em comparação com as estimativas entre “ASIN” e “BASIN”. Isto pode ser atribuído ao maior tamanho da amostra disponível, bem como ao maior número de progénies por família de 4,45. As caraterísticas de textura só foram avaliadas num ambiente, pelo que não foram estimadas interações GxE para essas caraterísticas. As caraterísticas de cor foram avaliadas nos estados congelado e descongelado, pois são os tratamentos mais comuns para comercialização. As correlações genéticas entre os dois ambientes foram altas, variando de 0,98 a 1. Os erros padrões foram baixos, de 0,02-0,05, dando alta confiança nas estimativas. Estes resultados são especialmente interessantes, dado que a influência da congelação e descongelação nos traços de cor é significativa em P. vannamei, e que os efeitos de GxE não foram publicados anteriormente. Para escolher as caraterísticas candidatas à seleção no programa de melhoramento, uma destaca-se significativamente. Na empresa do Grupo Almar, o peso é uma das caraterísticas comercialmente mais valiosas, tendo obtido a estimativa de maior hereditariedade com 0,34. Dada a sua elevada correlação genética com todas as outras caraterísticas de crescimento, deve ser considerada a principal caraterística a selecionar para a próxima geração. Relativamente à natureza invasiva em que os caracteres de textura são estudados, uma vez que requerem a escarificação do animal, deve ser avaliado se é possível a seleção indireta sobre esses caracteres. Para tal, deve ser avaliada a correlação genética com outras caraterísticas de hereditariedade relativamente elevada. Entre a textura e a cor não foram encontrados resultados dignos de nota, mas algumas caraterísticas de textura apresentaram correlações notáveis com caraterísticas de crescimento. A coesão do tecido da carne apresentou consistentemente as correlações genéticas mais elevadas com todas as caraterísticas de crescimento, seguida da gomosidade, da força máxima de corte e da dureza. Como as caraterísticas de crescimento estão atualmente sob seleção, poderia ser interessante seguir a evolução das caraterísticas de textura ao longo das próximas gerações do programa de criação. Relativamente aos caracteres de cor, a intensidade do vermelho e do amarelo obtiveram estimativas de hereditariedade suficientemente elevadas para serem consideradas para seleção. A hereditariedade também foi maior nas amostras descongeladas do que nas congeladas. Embora a luminosidade tenha apresentado apenas uma baixa hereditariedade, quando avaliada em amostras descongeladas, apresentou correlações genéticas elevadas com caraterísticas de crescimento. Tal como para os caracteres de textura, o desenvolvimento da luminosidade pode ser monitorizado nas gerações futuras para verificar a correlação genética com os caracteres de crescimento. Em estudos futuros, alguns pontos na forma como os parâmetros genéticos foram estudados deveriam ser melhorados. Mais importante ainda, para obter as medições mais precisas das características do crescimento, um software que possa determinar o tamanho a partir de imagens com exatidão poderia aumentar muito a exatidão. No caso dos parâmetros de textura, se possível, uma dimensão de amostra padronizada poderia produzir resultados mais exatos, bem como aumentar a comparabilidade dos resultados entre gerações. Num ensaio futuro, as medições de cor deveriam ser efetuadas em animais frescos, para investigar se a variação adicional causada pelos efeitos de congelação-descongelação reduziu as estimativas de hereditariedade. Isto permitiria uma investigação mais aprofundada sobre as interações GxE de animais frescos congelados e frescos descongelados.
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Keywords
Penaeus vannamei Hereditariedade Interação gxe Crescimento Textura Cor