Ανάπτυξη και εφαρμογή γενετικών εργαλείων με στόχο τη μελλοντική βελτίωση της παραγωγής σε δύο νέα είδη της μεσογειακής ιχθυοκαλλιέργειας, τον κρανιό (Argyrosomus regius) και το μαγιάτικο (Seriola dumerili)

Abstract

The development of new genetic tools, as well as the optimal use of existing ones to improve production in fish farming for Meagre and Greater amberjack species has been the main research goal in this doctoral dissertation. Modernization in the design of breeding programs as well as genetic selection assisted by polymorphic markers, are conditions which in their implementation give important possibilities in the production process. We developed two multiplex genetic loci for Meagre and Greater amberjack, respectively, which we used to estimate the genetic diversity of 11 stocks consisting of 946 farmed fish, to investigate the effects of stock mixing and the resulting genetic clustering via population genetics parameters. We proposed a methodology for estimating kinship relationships in multiple stocks, based on which we estimated individual inbreeding values, and we compared two methods of selecting broodstock from crosses of 27 parents from one stock. In addition, we investigated the heritability for the characters weight and length in Meagre, the genetic and phenotypic correlations of weight and length as well as the variation in the contribution of the offspring from a generation of 800 offspring to the formation of F1 families depending on effective population size. The detection of constituent elements of the genome of a species together with the description of the genetic base of important characters can contribute to the conservation of the species and the broadening of the possibilities of its productive utilization. A genetic linkage map for a species highlights genome evolution, facilitates trait mapping through QTL analysis, and improves genome assembly. We used a reduced genomic representation technique by creating a ddRAD library for six F1 families in the Meagre in a total of 266 fish, to construct a high density genetic map consisting of 4529 polymorphic SNP markers. We performed QTL analysis for weight and length, which detected a statistically significant QTL in linkage group 15. The genetic map was used for comparative genomic analysis, by finding homologs, in five genomes of teleost fish and showed a conserved evolutionarily karyotype structure in the Meagre. The observed syntenies, converged with published data, on the evolutionary proximity of the Scianidae family with the Sparidae family and specifically with the seabream, with the Moronidae family and the seabass, detected possible chromosomal rearrangement in the Meagre and especially in linkage group 17. In its entirety the dissertation provided with new genetic tools for the Meagre and Greater amberjack for the design of breeding programs. Furthermore, the first genetic linkage map of the Meagre from NGS data was contructed which was used for the genetic appreciation of the growth-related characters weight and length in the Meagre, presents with elements of evolution of the Meagre genome, and provides a high-density genetic map as a valuable tool for research and production.

Η ανάπτυξη νέων γενετικών εργαλείων, όπως και η βέλτιστη χρήση των υπαρχόντων για την βελτίωση της παραγωγής στην ιχθυοκαλλιέργεια για τα είδη Κρανιό και Μαγιάτικο υπήρξε ο κεντρικός ερευνητικός στόχος στην παρούσα διδακτορική διατριβή. Ο εκσυγχρονισμός στον σχεδιασμό των προγραμμάτων αναπαραγωγής καθώς και η γενετική επιλογή υποβοηθούμενη από πολυμορφικούς δείκτες, είναι προϋποθέσεις οι οποίες στην υλοποίηση τους δίνουν σημαντικές δυνατότητες στην παραγωγική διαδικασία. Αναπτύξαμε δύο multiplex γενετικών τόπων για τον Κρανιό και το Μαγιάτικο, αντίστοιχα, τα οποία χρησιμοποιήσαμε για την εκτίμηση της γενετικής παραλλακτικότητας 11 αποθεμάτων αποτελούμενων από 946 ιχθύες σε συνθήκες εκτροφής, για την διερεύνηση των συνεπειών της ανάμιξης αποθεμάτων καθώς και της προκύπτουσας γενετικής ομαδοποίησης μέσω παραμέτρων πληθυσμιακής γενετικής. Προτείναμε μία μεθοδολογία εκτίμησης σχέσεων συγγένειας σε πολλαπλά αποθέματα, με βάση την οποία εκτιμήσαμε ατομικούς συντελεστές ενδογαμίας, όπως επίσης συγκρίναμε δύο μεθόδους επιλογής γεννητόρων από διασταυρώσεις 27 γονέων από ένα απόθεμα. Επιπρόσθετα, διερευνήσαμε την κληρονομησιμότητα για τους χαρακτήρες βάρος και μήκος στον Κρανιό, τις γενετικές και φαινοτυπικές συσχετίσεις βάρους και μήκους καθώς και την διακύμανση στην συνεισφορά των γεννητόρων από μία γέννα 800 απογόνων στην διαμόρφωση των F1 οικογενειών σε συνάρτηση με το δραστικό μέγεθος πληθυσμού. Η ανίχνευση στοιχείων συγκρότησης του γονιδιώματος ενός είδους μαζί με την περιγραφή της γενετικής βάσης σημαντικών χαρακτήρων μπορεί να συνεισφέρει στην διατήρηση του είδους και στις δυνατότητες παραγωγικής του αξιοποίησης. Ένας γενετικός χάρτης σύνδεσης για ένα είδος, αναδεικνύει στοιχεία εξέλιξης του γονιδιώματος, διευκολύνει την χαρτογράφηση χαρακτήρων μέσω της εύρεσης QTL, και βελτιώνει την συναρμολόγηση του γονιδιώματος. Χρησιμοποιήσαμε μία τεχνική μειωμένης γονιδιωματικής εκπροσώπησης μέσω της δημιουργίας βιβλιοθήκης ddRAD για έξι F1 οικογένειες στον Κρανιό σε ένα σύνολο 266 ιχθύων, για την κατασκευή γενετικού χάρτη υψηλής πυκνότητας αποτελούμενο από 4529 πολυμορφικούς SNP δείκτες. Διεξαγάγαμε ανάλυση QTL για το βάρος και το μήκός, η οποία ανίχνευσε ένα στατιστικό σημαντικά QTL στο linkage group 15. Ο γενετικός χάρτης χρησιμοποιήθηκε για την συγκριτική γονιδιωματική ανάλυση, μέσω εύρεσης ομολογιών, σε πέντε γονιώματα τελεόστεων ιχθύων και ανέδειξε έναν μία εξελικτικά συντηρημένη δομή του καρυοτύπου στον Κρανιό. Οι παρατηρούμενες συντενίες, συνέκλιναν με δημοσιευμένα δεδομένα για την κοντινή εξελικτικά απόσταση της οικογένειας Scianidae με την οικογένεια Sparidae και συγκεκριμένα με την τσιπούρα, με την οικογένεια Moronidae και το λαβράκι, ανίχνευσαν πιθανές χρωμοσωμικές αναδιατάξεις στον Κρανιό και είδικά στο linkage group 17. Η διατριβή παρέχει στο σύνολο της, νέα γενετικά εργαλεία για τον Κρανιό και Μαγιάτικο για τον σχεδιασμό προγραμμάτων αναπαραγωγής, τον πρώτο γενετικό χάρτη σύνδεσης στον Κρανιό προερχόμενο από NGS δεδομένα, για πρώτη φορά ανιχνεύει την γενετική βάση των αναπτυξιακών χαρακτήρων βάρος και μήκος στον Κρανιό, παρουσιάζει για πρώτη φορά στοιχεία εξέλιξης του γονιδιώματος του Κρανιού, και παρέχει έναν υψηλής πυκνότητας γενετικό χάρτη ως ένα πολύτιμο εργαλείο για την έρευνα και την παραγωγή.