Caso de estudio: Genética aplicada al pez zebra Danio rerio como ornamental (parte 1 – 2)

Los peces zebra Danio rerio son peces ornamentales muy populares y resistentes entre los neofitos de la acuariofília, pero este animal esconde un gran secreto, algo que puede ayudar a entender la genética aplicada. El siguiente post se dividirá en 2 partes debido al alcance del mismo, en esta parte nos vamos a focalizar en la genética. En la segunda parte del post nos enfocaremos en profundidad sobre las variables en el proceso de reproducción.

En mi afán investigativo consideré importante formular un diseño experimental enfocado en genética de peces. En este estudio se vierten casi 4 años de investigación en términos de fijación de rasgos genéticos a partir de líneas WT (wild type). Son líneas que por el proceso de deriva genética han prevalecido y su transmisión vertical se mantiene gracias a la adaptación a las condiciones del medio (fenotipo).

El pez zebra es un organismo diploide con 25 pares de cromosomas metacéntricos y un genoma de 1700 Mpb, lo que comentamos en este post es una ínfima parte de las mutaciones que podemos encontrar, algunas de ellas como la Roy, ni siquiera se sabe cuál es el gen que la expresa, a pesar que el genoma del pez zebra fue secuenciado a finales del 2009 por el Welcome Trust Sunger Institute. En esa investigación se concluyó que contiene 22000 genes, ricos en secuencias repetitivas, aproximadamente en un 40%. Curiosamente, el 60% de los genes en pez zebra presenta homología en la secuenciación de proteínas con los seres humanos, esto demuestra que comparten mucha similitud con el genoma humano.

Es importante especificar que hay diferentes líneas WT según su origen, las más comunes son:

• AB: Provienen de Oregon (E.U.A) donde se realizó screening para reducir la transmisión de mutaciones letales embrionarias. Espécimen P20.
• TU: Provienen de Alemania, también se realizó screening para reducir la transmisión de mutaciones letales embrionarias. Fue utilizado en su momento por el Instituto Sanger para el Proyecto de Secuenciación del Genoma.
• Tupfel Longfin: Es una línea homocigota que se caracteriza por tener aletas en forma de velo. Después, miramos como esta línea homocigota que expresa un carácter codificado por un locus (región cromosómica) donde encontramos un gen determinado, en este caso compuesto de 2 alelos recesivos puede transmitirse a otras generaciones. Espécimen P16.

Por el contrario, tenemos las mutaciones por selección genética, aquí damos algunos ejemplos apoyados por fotografías de los especímenes que puedes observar en el cuadro del Post:

• Albino: Se debe a la herencia de 2 alelos recesivos (homocigoto). Presenta una ausencia de pigmentación (melanóforos) en la piel y en los ojos, estos se aprecian de color rosado debido a los capilares oculares. La deficiencia en la producción de melanina se debe a una mutación del gen slc45a2. Espécimen P6.
• Nacre: Caracterizado por la pérdida del gen mitf, hay una pérdida de los melanócitos a nivel embrionario y adulto. Sin duda, lo más característico es que se incrementa el número de iridóforos, lo que le da una apariencia “Platinum” o “Silver”. Espécimen P7.
• Roy: El pez zebra “roy orbison” (roy) se debe a una mutación espontánea, que se caracteriza por la carencia completa de iridóforos, unos ojos pigmentados de manera uniforme con carencia de la capa de iridóforos, escasos melanocitos y piel translúcida. El gen responsable de esta mutación es aún desconocido. No se obtuvieron ejemplares de esta mutación en el estudio.
• Casper: En este caso es una mutación en la cual el tejido muscular presenta una hipopigmentación que posibilita observar el interior del pez sin necesidad de realizar biopsias. Esta mutación se produce por el cruce donde se manifiesta un doble alelo homocigoto recesivo. En el estudio no se llegaron a producir Casper pero se conoce el proceso para obtenerlo a partir de la línea Nac x Roy.

En general en la bibliografía especializada vamos a ver el acrónimo de las mutaciones con 3 letras (Roy, Alb, Nac) con superíndice que indica el alelo que codifica la mutación en el gen. Este se expresa con fuente tipo ITALICS donde apreciamos el nombre del gen entre paréntesis que codifica la mutación y en el subíndice los alelos que intervienen. En estos superíndices podemos apreciar ± dependiendo si se da un silenciamiento del gen knock out –  o por el contrario, se sobreexpresa un gen knock in +.

Ejemplos de mutaciones

Albino: Alb(slc45a2)^b4/b4. A modo de ejemplo, este gen se ubica en el cromosoma 4 en la ubicación cromosómica 5p13.2 para el alelo doble homocigoto recesivo b4.

Roy: Roy^a9/a9. En este caso, se desconoce el gen (por eso no aparece entre paréntesis) pero se sabe que hay un alelo doble homocigoto recesivo a9.

Nacre: Nac(mitfa)^w2/w2. Para concretar este gen se ubica en el cromosoma 6 en la ubicación cromosómica 5p13.2 para el alelo doble homocigoto recesivo w2.

Casper: Nac(mitfa)^w2/w2; Roy^a9/a9. Como último ejemplo tenemos la mutación Casper que se origina por el cruce de 2 doble homocigotos recesivos para los alelos w2 y a9.

Establecer un programa genético para obtener líneas puras en base a mutaciones doble recesivas, sobre todo mutantes en el patrón de colores (células pigmentarias) a partir de una población efectiva de 263 ejemplares adultos de peces zebra Danio rerio especies ornamentales clave para el estudio de genética aplicada. Este procedimiento se realizó en peces zebra pero aplica para cualquier otra especie que sea prolífica. En este proceso se consiguieron líneas puras albinas, longfin (aletas en velo) y nacre. 

¿Por qué motivo escogimos los peces ornamentales Danio rerio y como nos puede ayudar a desentrañar los secretos de la genética aplicada ?. Aquí indicamos las razones:

1. Primero, una de las bondades es la precocidad para el cierre del ciclo.  A partir de ahora cuando hablamos de los días de edad de los peces zebra nos referimos a días post fecundación dpf (desde la formación del zigoto) para unificar criterios. Empezamos, la edad de la primera reproducción fue en promedio 84 días bajo las siguientes condiciones constantes gracias a un sistema remoto de temperatura y medición de las variables fisicoquímicas:

2. En segundo lugar, al tratarse de un pez con una longitud de 5 cm, pudimos albergar una población efectiva de 263 ejemplares en el tanque, cada cierto tiempo se incorporó algún ejemplar comprado en tiendas de acuarios provenientes de otras ciudades de Colombia para evitar cruces hermanos consanguíneos.
3. Además, debido a mis responsabilidades como docente a jornada completa en la Universidad, difícilmente podría tener tiempo para realizar reproducción inducida, por lo tanto, escogí esta especie que es muy prolífica y de fácil reproducción. Además, tuve la oportunidad de trabajar con esta especie haciendo protocolos para biomedicina al Parc de Recerca Biomèdica de Barcelona (PRBB) durante poco más de 4 años.
4. Relativo a la limitación de tiempo, otro factor crucial fue la aceptación de alimento balanceado (pienso granulado) desde el séptimo día (dpf*) hasta todo el ciclo de vida. Este alimento se pudo dosificar con ayuda de 2 alimentadores automáticos.
5. Finalmente, según la resolución 1924 de 2015 de la AUNAP (Autoridad Nacional de Acuicultura y Pesca) de Colombia se autoriza el cultivo y comercialización de esta especie, a pesar de no tratarse de una especie nativa.