Genética de camarões

Marcadores de DNA já podem identificar os diferentes plantéis de camarões criados no Brasil

Por:
Rodrigo Maggioni, Raquel Coimbra, Angela P. Legat, Fábio M. Diniz, Raimundo B. da Costa, Diana M. de Oliveira e Wagner F. Molina
e-mail: [email protected]


Os recentes avanços na biologia molecular têm mudado o panorama da produção agropecuária mundial. As ferramentas e tecnologias disponíveis hoje em dia permitem um grau de monitoramento e diagnóstico que podem garantir não só a sanidade, mas a qualidade e a produtividade no setor. Metodologias de rotina já permitem o acesso direto aos ácidos nucléicos, DNA e RNA, o material genético de todos os organismos vivos. Diagnósticos moleculares baseados na amplificação de fragmentos específicos do material genético, através da Reação em Cadeia da Polimerase (PCR), vêm sendo utilizados amplamente na aqüicultura. No entanto, o potencial para a aplicação da genética molecular em aqüicultura vai muito além do simples diagnóstico molecular. Nos últimos cinco anos muitos esforços foram empreendidos no sentido de identificar variantes genéticas específicas e marcadores a elas associados, através de mapas de ligação gênica de tilápia, salmão, linguado, truta, camarões, dentre outros. Neste artigo são apresentados os resultados obtidos até o momento com marcadores de DNA, a partir de um esforço conjunto de pesquisa que reúne instituições do nordeste brasileiro no segmento de genética da Rede de Carcinicultura do Nordeste (RECARCINE, www.recarcine.org.br), financiada pela FINEP-MCT e com apoio da ABCC. São discutidas também as perspectivas que se descortinam para a carcinicultura a partir da implantação desta tecnologia.

Com exceção de alguns vírus, o material genético primordial de todos os organismos vivos é o DNA. Nos peixes e crustáceos boa parte do DNA está no núcleo das células, porém, apenas 1% de todo o DNA do núcleo contém informações que serão traduzidas na forma de proteínas. O restante do genoma é constituído, principalmente, por seqüências de DNA repetitivo. Nestas seqüências, dispersas de maneira homogênea, situam-se regiões conhecidas como microssatélites. Microssatélites são extensões da cadeia de DNA que se caracterizam por repetições sucessivas de seqüências curtas, de 1 a 6 bases – por exemplo: GTGTGTGTGT (G = guanina e T = timina). Uma vez que apresentam uma taxa de mutação muito elevada e um modelo de mutação, a princípio, muito simples, os microssatélites são considerados excelentes marcadores moleculares e têm atraído muito interesse na aqüicultura.

Para ilustrar o nível de interesse despertado por esse tipo de marcador, basta dizer que em um único periódico científico voltado para o setor, a revista Aquaculture, entre 2001 e 2006, foram publicados 115 artigos envolvendo microssatélites em diferentes aplicações.

Microssatélites e variabilidade genética

Microssatélites são muito variáveis, mostrando usualmente dez a vinte diferentes variantes para cada loco (loco é um lugar específico no genoma, que pode ser um gene, como o da insulina por exemplo, ou não, como no caso da maioria dos microssatélites). Microssatélites são também co-dominantes, o que quer dizer que é possível saber especificamente qual par de genes, dentre as diferentes variantes existentes, está presente em cada indivíduo, em cada loco. Este processo de identificação individual é chamado de genotipagem, uma vez que o par de genes presente em cada loco é o genótipo do indivíduo para aquele loco.

Com relação ao genótipo, um indivíduo pode ser homozigoto (quando os dois genes do par são idênticos) ou heterozigoto (quando os dois genes são diferentes). O número de heterozigotos presentes em um plantel, é a sua heterozigosidade, a qual é por sua vez uma boa estimadora da variabilidade genética deste plantel. Com o aumento do endocruzamento (cruzamento entre indivíduos aparentados) a variabilidade genética tende a cair, diminuindo a heterozigosidade.

A diminuição da variabilidade genética tem conseqüências bem conhecidas entre aqüicultores, como aumento de incidência de deformidades, queda de fecundidade, diminuição da taxa de crescimento, vulnerabilidade a doenças, entre outras. Nesse contexto, os microssatélites representam uma ferramenta extremamente útil para estimar a variabilidade genética de plantéis reprodutores de forma precisa e detalhada. Por serem muito variáveis e co-dominantes os microssatélites podem ser utilizados desde a análise de parentesco e diversidade genética até a identificação como marcadores associados a genes de interesse. Os testes de paternidade na espécie humana, por exemplo, são hoje quase que exclusivamente baseados em microssatélites, e para a nossa espécie mais de 100.000 locos de microssatélites já foram mapeados. Um grau de detalhamento similar talvez nunca seja atingido para espécies de aqüicultura, mas inúmeros projetos têm abordado esta questão.

A iniciativa da RECARGENE

Ciente da potencialidade representada por essa tecnologia, a RECARGENE (http://nugen.uece.br/recargene/recargene.htm), sub-rede de genética integrante da RECARCINE, escolheu como tema de sua primeira iniciativa o estudo, feito através de microsatélites, da diversidade genética de Litopenaeus vannamei em plantéis reprodutores comerciais do nordeste brasileiro (Foto), com a finalidade de diagnosticar o nível de endocruzamento e parentesco entre diferentes laboratórios de produção de pós-larvas.

Coleta de pleópodos para análise de DNA
Coleta de pleópodos para análise de DNA

Para o estudo foram utilizados marcadores previamente descritos para esta espécie, o que permitiu saltar a etapa da identificação e caracterização dos marcadores, uma das mais onerosas e demoradas do processo. Doze locos de microssatélites foram selecionados com base em informações sobre polimorfismo e até o momento seis locos foram genotipados para cerca de 400 reprodutores provenientes de cinco larviculturas, localizadas em quatro diferentes estados do nordeste.

Histograma de freqüências para os cinco alelos de um dos locos de microssatélites estudados, apresentando diferenças genéticas significativas entre cinco produtores de náuplios do nordeste brasileiro
Histograma de freqüências para os cinco alelos de um dos locos de microssatélites estudados, apresentando diferenças genéticas significativas entre cinco produtores de náuplios do nordeste brasileiro

A Figura apresenta o resultado obtido para um dos locos estudados, mostrando como as freqüências dos diferentes genes variam entre as larviculturas estudadas. O objetivo do projeto é atingir dez locos e pelo menos oito larviculturas. Os dados obtidos a partir deste extenso e meticuloso levantamento genético permitem produzir índices de endocruzamento e de similaridade genética entre os laboratórios amostrados. Estes resultados, por sua vez, podem se constituir em uma poderosa ferramenta para orientar a formação de novos plantéis.

O perfil do camarão cultivado no Brasil

Os resultados preliminares mostraram que, além de diferenças significativas na composição genética dos diferentes plantéis, estes ainda guardam um nível relativamente alto de variabilidade genética. A heterozigosidade média estimada a partir de seis locos foi de 70%. Para locos de microssatélites a heterozigosidade esperada costuma variar entre 40 e 100 %, indicando que os plantéis nordestinos ainda guardam níveis consideráveis de variabilidade genética. Por outro lado a heterozigosidade resultante da contagem direta neste estudo foi de 52%, indicando que apesar da elevada variabilidade total revelada, isoladamente os plantéis apresentam sinais de endocruzamento. Ou seja, considerando o conjunto total de reprodutores disponíveis no país, existe variabilidade genética compatível com aquela descrita para populações naturais, mas ao serem tomadas cada larvicultura em separado, o cruzamento de linhagens aparentadas se reflete na perda de parte desta variabilidade.

Diferenças entre valores de heterozigosidade surgem na presença de endocruzamento, o que é comumente encontrado em sistemas de aqüicultura, onde os acasalamentos não são completamente aleatórios. Os dados gerados indicam que com uma boa organização e monitoramento continuado, o germoplasma disponível no Brasil pode ser melhor explorado pelo setor. Um outro aspecto interessante é que a distribuição da variabilidade não seguiu um padrão geográfico, o que é possivelmente resultado de um complexo histórico de introduções, importações e trocas entre larviculturas.

A partir da metodologia implantada uma gama de novas perspectivas abre-se para a carcinicultura brasileira, em especial para os estados do nordeste, onde está concentrada mais de 95% da produção nacional. O nível de variabilidade descrito para cada marcador permite, por exemplo, que a origem do reprodutor seja identificada com confiabilidade. Com os marcadores descritos até agora já seria possível identificar reprodutores individualmente, com um grau de certeza superior a 98%. A potencialidade para utilização desses marcadores com a finalidade de rastreamento é, portanto, evidente. Um outro aspecto importante é que com a infra-estrutura instalada para o trabalho com microssatélites, torna-se possível abordar temas que preocupam objetivamente o setor produtivo, como a produção de linhagens de alta produtividade, seja para crescimento ou para resistência a patógenos específicos.

Atualmente, em nível mundial, o melhoramento genético em aqüicultura está se concentrando cada vez mais na identificação molecular de locos ligados a características quantitativas (QTLs). No entanto para que se chegue a identificação de QTLs é necessário primeiramente a construção de mapas genéticos de ligação. Mapas de ligação são construídos pela associação de marcadores moleculares de DNA, como os microssatélites, em grupos de ligação, o que permite por sua vez associá-los às características de interesse.

Apesar da aparente complexidade desse tipo de projeto, os benefícios resultantes fazem valer o tempo e recursos investidos. Tecnologias moleculares tornarão possível, por exemplo, identificar, através de PCR e genotipagem, indivíduos naturalmente resistentes a doenças ou com melhores taxas de crescimento, assim como na espécie humana já é possível identificar por PCR a propensão ao câncer de mama ou de próstata. A utilização de marcadores de DNA para a seleção de reprodutores é uma técnica conhecida pela sigla MAS (Marker Assisted Selection) e é outro dos grandes focos da pesquisa em aqüicultura hoje em dia.

O resultado deste tipo de estudo trará benefícios duradouros e proveitosos na medida em que haja organização e investimento, tanto por parte do setor produtivo como do setor público. A exemplo de outros setores de produção agropecuária, a sustentabilidade da carcinicultura depende do estabelecimento de uma base tecnológica sólida, que permita encarar e superar os desafios econômicos e biológicos que se apresentem. O surgimento de novas enfermidades e a perda de variabilidade genética são apenas dois dos principais aspectos que devem ser abordados. A infra-estrutura instalada através do Grupo de Melhoramento Genético da Rede de Carcinicultura do Nordeste (RECARGENE) permite hoje que a carcinicultura brasileira conte com sofisticadas ferramentas de pesquisa em genética molecular, colocando-a num patamar tecnológico de destaque frente a outros países onde a atividade possui igualmente grande impacto econômico e social.


RECARGENE
A equipe do Grupo de Genética da Rede de Carcinicultura do Nordeste, RECARGENE, é formada por professores, pesquisadores, estudantes e bolsistas baseados em quatro instituições localizadas na Região Nordeste: EMBRAPA-CPAMN, UECE, UFRN e UFRPE. A seguir, em ordem alfabética, a equipe de pesquisadores,: Ângela Puchnick Legat (EMBRAPA-CPAMN), Diana Magalhães de Oliveira (NUGEN-UECE), Fábio Mendonça Diniz (EMBRAPA-CPAMN), Maria Raquel Moura Coimbra (LAGA-UFRPE), Raimundo Bezerra da Costa (NUGEN-UECE), Rodrigo Maggioni (FECLESC e NUGEN-UECE, coordenador), Wagner Franco Molina (LGRM-UFRN), Isabelly Moura Cavalcanti (LGRM-UFRN), Michel Toth Kamimura (NUGEN-UECE), Ana Patrícia Souza de Lima (LAGA-UFRPE), Samara Cardoso da Silva (NUGEN-UECE / Laborar UFC), Allan Rodrigo Soares Maia (NUGEN-UECE), Andréa Carla Lira dos Santos (LAGA-UFRPE), Andreya de Menezes Gomes (EMBRAPA-CPAMN), Fátima de Cássia Evangelista de Oliveira (NUGEN-UECE), Francisco Lucas Alvino da Silva (FECLESC-UECE), Sarah Ramos Medeiros (NUGEN-UECE).