Domestication and genetic improvement: balancing improved production against increased disease risks from inbreeding.

Successful selective breeding programmes have been under way in aquacultural species for many decades. Gains in growth rate as high as 900% have been reported. Programmes selecting for resistance and/or tolerance of specific pathogens have had similar success. However, no more than 10-20% of global aquaculture production is sourced from well-documented breeding programmes. Direct selection for resistance and/or tolerance in biosecure breeding programmes is difficult when classical breeding methods are used. Genomic selection is widely expected to become the most effective mode of selection against pathogens in fish and shellfish. In this paper, the authors explore the possible negative effects of genetic improvement programmes, especially those that stem from interactions between genetics and other components of the aquaculture production system, particularly disease. The main focus is the interaction between selective breeding and biosecurity. They suggest that a self-amplifying feedback loop can be created when biosecurity regulation causes a progressive reduction in genetic diversity and an increase in inbreeding, especially in smallholder hatcheries and farms in developing countries. The resulting inbreeding depression causes increased susceptibility to disease, which in turn increases the frequency and severity of epizootics. Greater losses due to disease again increase regulatory pressures and the cycle begins once more. This 'biosecurity-agro-economic-genetic' feedback loop is analogous to an 'extinction vortex' in wild populations. The authors believe that the loop can be broken by biosecure, aquacultural, genetic exchange networks, modelled on existing breed associations for terrestrial domestic animals. Such networks would constitute a global aquacultural gene pool, with enhanced environmental resilience, long-term capacity for adaptation and minimal inbreeding depression. However, such networks will also require innovative new pathogen management procedures, documentation and regulations to facilitate the exchange of broodstock and seed while still maintaining effective biosecurity.

Des programmes d'élevage sélectif d'espèces aquacoles sont mis en œuvre avec succès depuis plusieurs décennies. Des gains de croissance atteignant 900 % ont ainsi été enregistrés. Les programmes de sélection pour la résistance et/ou la tolérance vis-à-vis de certains agents pathogènes ont également été couronnés de succès. Néanmoins, la production issue des programmes de sélection connus et documentés ne représente guère plus de 10 à 20 % de la production aquacole mondiale. Il est difficile de procéder à une sélection directe des traits de résistance et/ou de tolérance tout en garantissant un bon niveau de biosécurité dès lors que les méthodes utilisées relèvent de l'élevage classique. La sélection génomique présente un immense potentiel et deviendra sans aucun doute la méthode de sélection la plus efficace contre les agents pathogènes affectant les poissons, les mollusques et les crustacés. Les auteurs analysent les effets négatifs potentiels associés aux programmes d'amélioration génétique, en particulier ceux résultant d'interactions entre les composantes génétiques et d'autres aspects, notamment sanitaires, des systèmes de production aquacole. Leur analyse est principalement axée sur les interactions entre l'élevage sélectif et la biosécurité. Ils évoquent le risque de création d'une boucle de réaction auto-amplificatrice dans les contextes où l'application de la réglementation en matière de biosécurité entraîne un déclin progressif de la diversité génétique et une hausse de la consanguinité, en particulier dans les écloseries et fermes de petite dimension des pays en développement. Le phénomène de dépression de consanguinité qui en résulte entraîne une sensibilité accrue aux maladies, ce qui à son tour accroît la fréquence et la gravité des épizooties. Le regain des pertes dues à ces maladies se traduit par de nouvelles pressions exercées au plan réglementaire, de sorte que le cycle est relancé une nouvelle fois. Cette boucle de réaction biosécurité-agroéconomie-génétique est similaire à la « spirale de l'extinction ¼ qui affecte les populations sauvages. Les auteurs considèrent que cette boucle peut être rompue en mettant en place des réseaux d'échange de ressources génétiques biosécurisées pour l'aquaculture, sur le modèle des associations d'éleveurs opérant dans le domaine des espèces domestiques terrestres. Ces réseaux permettraient de constituer un patrimoine génétique mondial pour l'aquaculture doté d'une résilience environnementale améliorée, d'une capacité d'adaptation sur le long terme et d'un niveau minime de dépression de consanguinité. Néanmoins, de tels réseaux nécessiteront des procédures nouvelles et innovantes de gestion des agents pathogènes, ainsi qu'une documentation et des réglementations spécifiques afin de faciliter les échanges de stocks de géniteurs et de semence tout en garantissant un niveau approprié de biosécurité.

Hace ya muchos decenios que se vienen aplicando con éxito programas de reproducción selectiva de especies acuícolas, con aumentos de las tasas de crecimiento que llegan a veces hasta un 900%. Los programas de selección de rasgos de resistencia y/o de tolerancia a determinados patógenos han cosechado un éxito similar. Sin embargo, no más de un 10% a un 20% de la producción acuícola mundial tiene su origen en programas de reproducción bien documentados. La selección directa de rasgos de resistencia y/o tolerancia mediante programas reproductivos que ofrezcan garantías de seguridad biológica resulta difícil cuando se aplican métodos clásicos de cría. Ahora cunde la expectativa de que la selección genómica llegue a ser el modo de selección más eficaz contra la presencia de patógenos en el pescado y el marisco. Los autores examinan los posibles efectos negativos de los programas de mejora genética, sobre todo los que resultan de la interacción entre la genética y otros componentes del sistema de producción acuícola, en particular las enfermedades, prestando especial atención a la interacción entre cría selectiva y seguridad biológica y postulando que se puede engendrar un ciclo de retroalimentación que se va autoamplificando cuando los reglamentos de seguridad biológica inducen una progresiva reducción de la diversidad genética y un incremento de la consanguinidad (o endogamia), especialmente en los pequeños viveros y granjas de países en desarrollo. La consiguiente depresión endogámica genera una mayor sensibilidad a las enfermedades, lo que a su vez incrementa la frecuencia y gravedad de las epizootias. El aumento de las pérdidas por enfermedades se traduce en una mayor presión reglamentaria, y así da comienzo de nuevo el ciclo. Este ciclo de retroalimentación entre seguridad biológica, agroeconomía y genética es análogo a un «vórtice de extinción¼ en las poblaciones silvestres. Los autores piensan que es posible quebrar esta dinámica recurriendo a redes de intercambio de material genético biológicamente seguro en el ámbito de la acuicultura, a imagen de las asociaciones que existen entre los criadores de animales domésticos terrestres. Estas redes constituirían una reserva mundial de genes de acuicultura que ofrecerían mayor resiliencia a las condiciones ambientales y una duradera capacidad de adaptación, así como niveles mínimos de depresión endogámica. Semejantes redes, sin embargo, también exigirán nuevos y novedosos procedimientos de lucha contra patógenos, sistemas de documentación y reglamentos que faciliten el intercambio de genitores y alevines manteniendo a la vez niveles elevados de seguridad biológica.

Analysis of early growth of guppy strains, Poecilia reticulata, with different color patterns.

The guppy, Poecilia reticulata, is economically the most important species of freshwater ornamental fish cultured in Singapore. About 30 strains with different color patterns and fin shapes are reared in guppy farms practising monoculture in Singapore. To compare the growth rates of domesticated strains with different color patterns, newborn fry of 11 strains were obtained on the same day from a single farm in Singapore and were reared experimentally in the laboratory for about 100 days. Each strain was distributed randomly into 4 tanks with 30 fish/tank. Weekly weighings of 10 fish/tank were made from 17 to 100 days of age. Three strains were homozygous for the autosomal recessive blond gene which gives rise to a pale yellow background pigmentation (bb). These blond strains had significantly smaller body weights than corresponding ones with the same color pattern but with the wild-type grey-brown background coloration due to the dominant allele (BB). The strains with the red tail pattern due to a dominant X-linked gene (Rdt) had more rapid growth than those with other tail color patterns including the blue, black, green snakeskin and variegated. However, no significant differences were detected among the other color pattern strains. Thus among the strains studied, the blond strains were associated with slower growth while those with the red tail color were associated with faster growth.

Selective recovery of founder genetic diversity in aquacultural broodstocks and captive, endangered fish populations.

Hatchery broodstocks used for genetic conservation or aquaculture may represent their ancestral gene pools rather poorly. This is especially likely when the fish that found a broodstock are close relatives of each other. We re-analysed microsatellite data from a breeding experiment on red sea bream to demonstrate how lost genetic variation might be recovered when gene frequencies have been distorted by consanguineous founders in a hatchery. A minimal-kinship criterion based on a relatedness estimator was used to select subsets of breeders which represented the maximum number of founder lineages (i.e., carried the fewest identical copies of ancestral genes). UPGMA clustering of Nei's genetic distances grouped these selected subsets with the parental gene pool, rather than with the entire, highly 'drifted' offspring generation. The selected subsets also captured much of the expected heterozygosity and allelic diversity of the parental gene pool. Independent pedigree data on the same fish showed that the selected subsets had more contributing parents and more founder equivalents than random subsets of the same size. The estimated mean coancestry was lower in the selected subsets, meaning that inbreeding in subsequent generations would be lower if they were used as breeders. The procedure appears suitable for reducing the genetic distortion due to consanguineous and over-represented founders of a hatchery gene pool.