Análisis genómico de las poblaciones de salmón atlántico (salmo salar l.) de la Península Ibérica

Abstract

El salmón atlántico es una especie muy popular por su consumo y su pesca, tanto comercial como recreativa. Es, además, una de las especies más cultivadas del mundo en piscifactoría, con una producción anual global de aproximadamente 2,5 millones de toneladas, lo que implica un valor económico de unos 15.400 millones de dólares (USD) (International Salmon Farmers Association (ISFA), 2018). A nivel genético, ha sido objeto de numerosos estudios por las cuatro rondas completas de duplicación del genoma que ha sufrido, encontrándose actualmente en pleno proceso de rediploidización, con un porcentaje de contenido repetido muy alto (Lien et al., 2016). Por el momento, los estudios más extensos se han realizado sobre poblaciones del norte de Europa o América y, en menor medida, en poblaciones de la península ibérica. Sin embargo, el estudio de estas últimas poblaciones puede resultar muy interesante debido a que la península constituyó un refugio para la especie durante la glaciación del Pleistoceno (Consuegra et al., 2002), y porque en las poblaciones peninsulares se han introducido diversos stocks foráneos del norte de Europa. Estas repoblaciones se llevaron a cabo en un intento de gestionar la gran disminución poblacional de finales del siglo XX, lo que las convierte en un material atractivo para el estudio de las introgresiones. Todos estos temas han sido el motivo de la presente Tesis Doctoral, y se tratarán de forma pormenorizada en una introducción general y tres capítulos independientes. - CAPÍTULO 1: Búsqueda de regiones genómicas implicadas en determinación y diferenciación sexual El genoma del salmón atlántico se caracteriza por un alto porcentaje de contenido repetido. La determinación sexual es XX/XY, siendo el macho el sexo heterogamético, aunque no presenta cromosomas sexuales visualmente identificables. Se acepta que el gen sdY es el gen determinante del sexo, al igual que en trucha, si bien tampoco se descarta la idea de que sea un gen maestro que controle una determinación sexual poligénica. Este gen se ha localizado en distintos cromosomas, fenómeno que podría explicarse con una posible capacidad de transposición del gen, pero los mecanismos de su movimiento no están claros. En el primer capítulo de la presente Tesis Doctoral se ha utilizado un array de alta densidad de SNPs para estudiar regiones potencialmente implicadas en la determinación y/o diferenciación sexual en salmones de la península ibérica. Se realizó un análisis de heredabilidad regional (RHA), detectando que los cromosomas que explican una mayor variabilidad en el carácter sexo en estas poblaciones son Ssa02 (h2 = 0,42) y Ssa21 (h2 = 0,26). Un análisis de asociación del genoma completo (GWAS) reveló 114 SNPs asociados al sexo de forma significativa, y se establecieron regiones potencialmente asociadas teniendo en cuenta el desequilibrio de ligamiento. De forma mayoritaria, estas se localizaron en Ssa02 donde se encuentra el sdY y otros genes relacionados con el sexo en peces de otras especies, como genes de la familia sox, rspo1, esr1, u2af2a, lmo7, gnrh-r, dnd y figla. Los resultados de ambos análisis apoyan las evidencias previas de que la determinación del sexo en el salmón atlántico está ligada al cromosoma Ssa02; sin embargo, las regiones asociadas a la determinación del sexo en Ssa21 sugieren un linaje alternativo en las poblaciones del sur de Europa, hasta ahora no descrito. - CAPÍTULO 2: Validación del gen sdY como herramienta para el estudio de introgresión vía machos En aquellas especies de peces en las que el sexo es indiferenciable antes del desarrollo de los caracteres sexuales secundarios, que permiten la identificación visual, es esencial encontrar un método de diagnóstico previo para la gestión de reproductores, lo que también puede ser útil en estudios poblacionales. El gen determinante del sexo, sdY, ha demostrado ser un candidato fiable para la identificación del sexo en el salmón atlántico. Su secuencia está muy conservada en los salmónidos, pero en el primer intrón hay un fragmento polimórfico corto que proporciona información filogeográfica relevante, y su variación podría convertirlo en un potencial marcador para estudiar la introgresión de genomas foráneos mediada por machos. En esta especie, los juveniles (pintos) pueden alcanzar la madurez sexual sin migrar al mar (de forma precoz), y compiten con los machos adultos en la fertilización de las hembras. De esta manera, el estudio de la variación genética del gen sdY aportaría información complementaria al ADN mitocondrial, que se hereda exclusivamente de forma materna. En la península ibérica, el estudio de la introgresión de genomas foráneos resulta muy interesante por las repoblaciones que se llevaron a cabo a finales del siglo XX, con salmones procedentes de Escocia, Noruega, Irlanda o Islandia. Así pues, se estudiaron las variantes haplotípicas de la secuencia intrónica del sdY en diversos ríos, cubriendo todo el rango sur de su distribución en el continente europeo, además de muestras históricas (1960-1964) de tres ríos españoles que fueron repoblados. La mayoría de las muestras presentaron un haplotipo común (D), previamente detectado en salmones de poblaciones de toda Europa. Otras variantes propias de poblaciones del norte del continente se encontraron en ríos peninsulares repoblados de forma sistemática con salmones foráneos entre 1981 y 1994. Por lo tanto, el análisis de la variación en el intrón del gen sdY constituye una herramienta poderosa y económica, no sólo para la evaluación de la introgresión mediada por machos, sino también para el seguimiento de los escapes de piscifactoría. - CAPÍTULO 3: Detección de selección divergente entre poblaciones del norte y sur de Europa Diferentes experimentos han constatado que la tasa de supervivencia de los salmones foráneos introducidos en las repoblaciones de los ríos peninsulares fue baja, probablemente, por falta de adaptación a un ambiente más cálido. Al contrario, otros estudios demuestran que sí existió introgresión de genomas foráneos en las poblaciones nativas de la península. Experimentos realizados en condiciones controladas en el río Ulla y en la piscifactoría de Carballedo, durante los años 1992-1995, en los que se comparan salmones escoceses y salmones del río Ulla, desde la fase huevo a la fase de migración, demostraron que existen diferencias fisiológicas entre los individuos de las distintas poblaciones: los salmones escoceses crecen más y más rápido, pero sobreviven menos. Utilizando el mismo array de alta densidad del capítulo 1, se realizaron análisis para tratar de detectar la huella dejada en los genomas por la selección divergente. Se utilizaron hasta cuatro métodos pertenecientes a dos metodologías distintas: métodos basados en la búsqueda de valores atípicos de diferenciación interpoblacional (outliers; FST) y métodos basados en la detección de patrones haplotípicos específicos. Se seleccionaron 630 SNPs significativos en al menos dos métodos: el 19 % en Ssa24, 15 % en Ssa11 y 14 % en Ssa09. A partir de estos SNPs significativos, se estudiaron los genes candidatos bajo una hipótesis biológica de selección, encontrando de forma mayoritaria genes asociados a transcripción de ADN, expresión génica y traducción de proteínas de genes relacionados con metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas. Relacionados con genes asociados a caracteres fisiológicos, se encontraron polimorfismos en dos genes relacionados con el peso corporal en salmón y trucha, ccdc3 (Ssa22) y cyld (Ssa26) respectivamente, y pomt1 (Ssa20) relacionado con el crecimiento en el salmón atlántico. En relación con lo anterior, algunos de los métodos de detección de selección requieren la información de la distancia genética entre loci, pudiendo usarse como aproximación la distancia física. Dado que no existían mapas genéticos desarrollados a partir de un array de alta densidad y muestras peninsulares, y que la tasa de recombinación, y su distribución, es diferente entre cromosomas y sexos, se realizaron tres mapas genéticos a partir de los datos de las poblaciones de salmón del Miño y el Ulla (ambos pertenecientes a la vertiente atlántica peninsular): uno global, y otros dos con las muestras de cada sexo por separado. Se encontraron diferencias entre los mapas generados entre individuos de distinto sexo, tal y como describen otros autores, ya que la tasa de recombinación es diferente en machos y hembras. Por otra parte, los mapas obtenidos se correlacionan significativamente con los mapas genéticos previamente obtenidos por otros autores; sin embargo, el mapa obtenido no se correlaciona de forma significativa con el mapa físico proporcionado por la casa comercial.