Ιχνηλασιμότητα πληθυσμών ιριδίζουσας πέστροφας Oncorhynchus mykiss (Walbaum, 1792) στην Ελλάδα

Abstract

The rainbow trout Oncorhynchus mykiss (Walbaum, 1792) comprises a non-indigenous species of the European freshwater ecosystem. Due to its remarkable advantages of fast-growing and facultative adaptability in various habitats under different conditions, it has become the most dominant commercially reared species of freshwater aquaculture in Greece. As a tool for stock identification the population genetics, the body morphology and the free amino acid (FAA) profile variability were determined among farmed rainbow trout from different geographical areas throughout Greece, using a polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) assay, geometric morphometrics and Reversed Phase-High-Performance Liquid Chromatography. Despite its economic importance, there is a dearth of population genetic studies regarding the origin of any posterior introduction by the private aquaculture sector. Therefore, in this study a (PCR-RFLP) assay was used, in order to assess variation in five mitochondrial DNA protein-encoding regions and the control region, covering more than 5,500 bp of the 16,600 bp total mitochondrial genome size. The samples derived from 10 rainbow trout farms throughout Greece representative of the freshwater aquaculture sector. The conducted population structure analysis revealed two major clusters among the farmed-rainbow trout populations. Moreover, the overall genetic diversity was substantially attributed to the diversity within populations rather than among them. In any case, both factors obtained from AMOVA analysis were statistically significant. The obtained haplotype network reinforced the existence of two central haplotype clusters among the farmed-rainbow trout populations in the Greek freshwater aquaculture sector. As far as the geometric morphometrics is concerned, significant intraspecific body shape variation was detected among the fish stocks of different origin. Canonical Variate Analysis distinguished populations into two groups being consistent to a great extent with the population genetics study. General linear models did not support an association of haplotypes and diet with shape. However, shape was significantly correlated with origin, water temperature, geological-chemical-climatic zones, histidine and arginine. Therefore, morphological variation was primarily driven by environmentally induced differences among these zones being the result of phenotypic plasticity. Environmental cues and rearing conditions played the pivotal role in comparison to broodstock origin. The FAA profiles revealed that specimens presented different FAA profiles depending on their geographical origin. Principal Component Analysis showed a division between eastern and western Greece which might be owed to the existence of climatic fluctuations affecting the abiotic factors. Hence, genetics, geometric morphometrics and FAA profiles are the interrelated “cross-curricular” dimensions of this approach articulating its benefits to tackle successfully the key issue of stock identification. This combined approach offers an important tool for stock identification thus assisting environmental risk assessments in evaluation of potential ecological effects and fostering research excellence in sustainable aquaculture management.

Για την επίτευξη της ιχνηλασιμότητας των πληθυσμών ιριδίζουσας πέστροφας Oncorhynchus mykiss (Walbaum, 1792) στην Ελλάδα υιοθετήθηκε μια διαθεματική προσέγγιση, η οποία ως αλληλένδετους πυλώνες της περιελάμβανε α) την πληθυσμιακή γενετική μελέτη στο μιτοχονδριακό DNA των ιχθύων, β) την ταυτοποίηση και ποσοτικοποίηση των ελεύθερων αμινοξέων στο μυϊκό ιστό των ιχθύων και γ) τη γεωμετρική μορφομετρία του σώματος των ιχθύων, εκφράζοντας ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα των εντατικών εκτροφών της ελληνικής επικράτειας. Η ιριδίζουσα πέστροφα αποτελεί μη γηγενές είδος των ευρωπαϊκών εσωτερικών υδάτων. Εξαιτίας όμως του γεγονότος ότι παρουσιάζει αξιοσημείωτα πλεονεκτήματα, όπως είναι η ταχεία αύξηση και η προσαρμοστικότητά της σε ποικίλα ενδιαιτήματα υπό διαφορετικές συνθήκες, εξελίχθηκε σε κυρίαρχο εντατικά εκτρεφόμενο είδος στα εσωτερικά ύδατα της Ελλάδας. Παρά τη σημαντική οικονομική σημασία της, υφίσταται παντελής έλλειψη πληθυσμιακών γενετικών μελετών αναφορικά με την προέλευση των αθρόων εισαγωγών γόνου που έλαβαν χώρα τις προηγούμενες δεκαετίες στον κλάδο της ελληνικής πεστροφοκαλλιέργειας. Για τη διενέργεια της πληθυσμιακής γενετικής μελέτης πραγματοποιήθηκε πέψη τμημάτων του μιτοχονδριακού DNA (mtDNA) που ενισχύθηκαν με την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (Polymerase Chain Reaction-PCR) με τη χρήση περιοριστικών ενζύμων (Restriction Fragment Length Polymorphism-RFLP). Τα τμήματα-στόχοι του mtDNA που πολλαπλασιάστηκαν με την τεχνική της PCR ήταν ολόκληρη η περιοχή του βρόχου εκτόπισης, τα tRNA γονίδια της προλίνης και της θρεονίνης, το κυτόχρωμα β, τα γονίδια ND-5 και ND-6 και τμήμα των γονιδίων ATPάση VI και κυτόχρωμα c οξειδάσης 3 (COIII) περιλαμβάνοντας περισσότερα από 5.500 ζεύγη βάσεων DNA από τα περίπου 16.600 ζεύγη βάσεων που απαρτίζουν το συνολικό mtDNA της ιριδίζουσας πέστροφας. Η ανάλυση της πληθυσμιακής δομής αποκάλυψε ότι οι απλότυποι διακρίνονται σε δύο κεντρικούς κλάδους. Η συνύπαρξη απλότυπων και από τους δύο κλάδους σε όλους τους πληθυσμούς ενδέχεται να υποδηλώνει την ύπαρξη κοινής γονιδιακής δεξαμενής. Επίσης, η συνολική γενετική ποικιλότητα οφειλόταν σε σημαντικό βαθμό στην ύπαρξη ποικιλότητας ενδοπληθυσμιακά παρά στην ύπαρξη ποικιλότητας ανάμεσα στους πληθυσμούς. Το ποσοστό γενετικής ποικιλότητας ανάμεσα στους πληθυσμούς σε σύγκριση με τη συνολική παρατηρούμενη ποικιλότητα αντανακλά την πανμιξία δύο αρχικών πληθυσμών (γενεών), υπογραμμίζοντας την ύπαρξη μια κοινής δεξαμενής γονιδίων σε όλες τις εντατικές εκτροφές ιριδίζουσας πέστροφας στην Ελλάδα. Αυτό το γεγονός ενισχύεται και από το δίκτυο απλότυπων που δημιουργήθηκε και αποκάλυψε την ύπαρξη δύο αρχικών κλάδων σε όλο το φάσμα των εντατικών εκτροφών. Παράλληλα, η ταυτοποίηση και ποσοτικοποίηση των ελεύθερων αμινοξέων στο μυϊκό ιστό των ιχθύων διενεργήθηκε με τη χρήση Αντίστροφης Φάσης - Υγρής Χρωματογραφίας Υψηλής Απόδοσης (Reversed Phase – High Performance Liquid Chromatography, RP-HPLC). Τα εξεταζόμενα δείγματα παρουσίασαν διαφορετικά προφίλ ελεύθερων αμινοξέων ανάλογα με τη γεωγραφική τους προέλευση. Η Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (Principal Component Analysis – PCA) αποκάλυψε τον σαφή διαχωρισμό των πληθυσμών μεταξύ ανατολικής και δυτικής Ελλάδας, ο οποίος ενδέχεται να οφείλεται στην ύπαρξη διακυμάνσεων στις κλιματικές συνθήκες που επικρατούν και επηρεάζουν καταλυτικά τους αβιοτικούς παράγοντες κάθε εντατικής εκτροφής. Η γεωμετρική μορφομετρία του σώματος των ιχθύων κατέδειξε την ύπαρξη σημαντικών διαφορών μεταξύ των πληθυσμών διαφορετικής προέλευσης. Η Ανάλυση Κανονικών Μεταβλητών (Canonical Variate Analysis – CVA) διέκρινε τους πληθυσμούς σε δύο ομάδες παρουσιάζοντας σε πολύ μεγάλο βαθμό ομοιότητες με τη διενεργηθείσα πληθυσμιακή γενετική μελέτη. Η διεξαγωγή των Γενικών Γραμμικών Μοντέλων (General Linear Models – GLM) δεν επέδειξε συσχέτιση των απλότυπων και της διατροφής με το σχήμα του σώματος των ιχθύων. Εντούτοις, το σχήμα του σώματος των ιχθύων παρουσίασε σημαντική συσχέτιση με τη γεωγραφική προέλευση, τη θερμοκρασία νερού, τις γεωλογικο-χημικο-κλιματικές ζώνες, την ιστιδίνη και την αργινίνη. Επομένως, η παρατηρούμενη μορφολογική διαφοροποίηση δύναται να οφείλεται στις διαφορές των αβιοτικών παραγόντων που υφίστανται μεταξύ αυτών των ζωνών όντας το αποτέλεσμα του φαινομένου της φαινοτυπικής πλαστικότητας.Συμπερασματικά, οι αβιοτικοί παράγοντες και οι συνθήκες εκτροφής διαδραματίζουν τον κυρίαρχο ρόλο σε σύγκριση με την προέλευση του γόνου. Η παρούσα διαθεματική προσέγγιση αποτελεί ένα πολύτιμο και χρήσιμο εργαλείο στην αποτελεσματική ιχνηλασιμότητα των εντατικά εκτρεφόμενων πληθυσμών ιριδίζουσας πέστροφας, έχοντας καθοριστική συνεισφορά και προάγοντας την έρευνα σε τομείς, όπως η περιβαλλοντική ανάλυση κινδύνων για την αξιολόγηση ενδεχόμενων οικολογικών επιπτώσεων που στοχεύουν στην επίτευξη της αειφορικής διαχείρισης των ιχθυοκαλλιεργειών.