DOI: https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.740589
تاريخ النشر: 2024-01-17
المؤلف: Ian A. Johnston وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
يتناول القسم المعنون “نظرة عامة” أهمية التنوع الجيني في أسماك التيلوس في سياق تربية الأحياء المائية. ويبرز أن التنوع الجيني ضروري لمرونة وتكيف تجمعات الأسماك، خاصة استجابةً للتغيرات البيئية وضغوط الأمراض. يؤكد البحث أن فهم التركيب الجيني لأنواع التيلوس يمكن أن يعزز برامج التربية، مما يؤدي إلى تحسين معدلات النمو، ومقاومة الأمراض، والإنتاجية العامة في بيئات تربية الأحياء المائية.
علاوة على ذلك، يقترح القسم أن الاستفادة من التنوع الجيني من خلال أساليب التكنولوجيا الحيوية المتقدمة، مثل الاختيار الجينومي والتربية المعززة بالعلامات، يمكن أن يحسن ممارسات تربية الأحياء المائية. قد يؤدي ذلك إلى زراعة أسماك مستدامة، مما يضمن الأمن الغذائي مع تقليل الأثر البيئي لعمليات تربية الأحياء المائية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية دمج البحث الجيني في استراتيجيات تربية الأحياء المائية لتعزيز صحة وقابلية استمرارية مخزونات الأسماك.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحدي الملح المتمثل في تلبية الطلبات الغذائية لسكان العالم المتوقع أن يصل عددهم إلى 10 مليارات بحلول عام 2050، مع الالتزام بأهداف التنمية المستدامة للأمم المتحدة، وخاصة القضاء على الجوع. تعتبر تربية الأحياء المائية، المعترف بها كأسرع قطاع إنتاج غذائي نمواً، تلعب دوراً محورياً في تعزيز الأمن الغذائي والاستقرار الاقتصادي. على الرغم من التقدم في الاختيار الجيني الذي حسن الصفات مثل النمو ومقاومة الأمراض، تواجه صناعة تربية الأحياء المائية قيوداً بيولوجية كبيرة بسبب انتشار الأمراض التي تؤثر سلباً على الإنتاجية والرفاهية.
تشير وراثة مقاومة الأمراض في الأنواع المائية، المقدرة بين 0.2 و 0.4، إلى إمكانية التحسين من خلال التربية الانتقائية. ومع ذلك، تتطلب ممارسات التربية الحالية فحصاً واسعاً في بيئات محكومة، والتي تتطلب موارد كبيرة وتثير مخاوف بشأن رفاهية الحيوانات. يمكن أن يعزز دمج المعلومات الجينومية الوظيفية، مع التركيز بشكل خاص على المتغيرات الجينية في المناطق التنظيمية غير المشفرة، دقة الاختيار والزيادة الجينية. يناقش هذا الاستعراض آثار تحسين التعليقات الوظيفية للجينوم على تربية الأحياء المائية، خاصة في ضوء مشروع الاتحاد الأوروبي Horizon 2020 AQUA-FAANG، الذي يهدف إلى معالجة الأمراض المعدية وتعزيز فهم البنية الجينية للصفات الحرجة في أنواع الأسماك المستزرعة.
نقاش
يتناول قسم النقاش في ورقة البحث أهمية التعليق الوظيفي في الجينوميات، خاصة في سياق مشروع AQUA-FAANG. يهدف التعليق الوظيفي إلى توثيق التسلسلات الجينومية وأنشطتها، مع تحديد المناطق التي يتم نسخها إلى RNA والعناصر المشاركة في تنظيم النسخ. أنشأ اتحاد ENCODE، الذي تأسس في عام 2003، سابقة لمثل هذه المبادرات من خلال توثيق العناصر الوظيفية في جينومات البشر والفئران، مما أبلغ لاحقاً إنشاء اتحاد FAANG لاستكشاف العناصر الوظيفية في جينومات الحيوانات المستأنسة. يركز مشروع AQUA-FAANG، وهو مشروع رئيسي ضمن اتحاد EuroFAANG، على أنواع تربية الأحياء المائية، وينتج مجموعات بيانات جينومية وظيفية شاملة ويعزز فهم علاقات الجينotype-phenotype، خاصة استجابةً لتحديات مسببات الأمراض.
حقق مشروع AQUA-FAANG إنجازات كبيرة، بما في ذلك إنتاج تجميعات جينومية عالية الجودة لستة أنواع من الأسماك ذات الأهمية التجارية، والتي تم دمجها في متصفح الجينوم Ensembl. تسهل هذه التجميعات تحسين تحديد المتغيرات الجينية وأولوياتها، مما يعزز استراتيجيات التربية. كما أنتج المشروع مجموعات بيانات واسعة من خلال RNA-Seq وATAC-Seq وChIP-Seq، مما أدى إلى تطوير خرائط التعليق الوظيفي التي تدعم التحليلات المقارنة عبر الأنواع. علاوة على ذلك، أنشأ AQUA-FAANG بروتوكولات موحدة لدراسات الاستجابة المناعية، مما يساهم في توفير موارد قيمة لكل من البحث والصناعة. من المتوقع أن يعزز دمج المعلومات الجينومية الوظيفية ممارسات تربية الأحياء المائية، مع التركيز على قياس الآثار المالية للتقنيات الجديدة في برامج التربية.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.740589
Publication Date: 2024-01-17
Author(s): Ian A. Johnston et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
The section titled “Overview” discusses the significance of genetic variation in teleost fish within the context of aquaculture. It highlights that genetic diversity is crucial for the resilience and adaptability of fish populations, particularly in response to environmental changes and disease pressures. The paper emphasizes that understanding the genetic makeup of teleost species can enhance breeding programs, leading to improved growth rates, disease resistance, and overall productivity in aquaculture settings.
Furthermore, the section suggests that leveraging genetic variation through advanced biotechnological approaches, such as genomic selection and marker-assisted breeding, can optimize aquaculture practices. This could result in sustainable fish farming, ensuring food security while minimizing the ecological impact of aquaculture operations. Overall, the findings underscore the importance of integrating genetic research into aquaculture strategies to promote the health and viability of fish stocks.
Introduction
The introduction highlights the pressing challenge of meeting the food demands of a projected global population of 10 billion by 2050 while adhering to the United Nations’ sustainable development goals, particularly the eradication of hunger. Aquaculture, recognized as the fastest-growing food production sector, plays a pivotal role in enhancing food security and economic stability. Despite advancements in genetic selection that have improved traits such as growth and disease resistance, the aquaculture industry faces significant biological constraints due to the prevalence of diseases that adversely affect productivity and welfare.
The heritability of disease resistance in aquatic species, estimated between 0.2 and 0.4, suggests potential for improvement through selective breeding. However, current breeding practices necessitate extensive phenotyping in controlled environments, which are resource-intensive and raise animal welfare concerns. The integration of functional genomic information, particularly focusing on genetic variants in non-coding regulatory regions, could enhance selection accuracy and genetic gain. This review discusses the implications of improved genome functional annotations for aquaculture breeding, particularly in light of the EU Horizon 2020 project AQUA-FAANG, which aims to tackle infectious diseases and advance the understanding of the genetic architecture of critical traits in farmed fish species.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the significance of functional annotation in genomics, particularly within the context of the AQUA-FAANG project. Functional annotation aims to catalog genomic sequences and their activities, identifying regions transcribed into RNA and elements involved in transcriptional regulation. The ENCODE consortium, established in 2003, set a precedent for such initiatives by cataloging functional elements in human and mouse genomes, which subsequently informed the creation of the FAANG consortium to explore functional elements in farm animal genomes. AQUA-FAANG, a key project within the EuroFAANG consortium, focuses on aquaculture species, producing comprehensive functional genomic datasets and enhancing the understanding of genotype-phenotype relationships, particularly in response to pathogen challenges.
The AQUA-FAANG project has achieved significant milestones, including the generation of high-quality genome assemblies for six commercially important fish species, which have been integrated into the Ensembl genome browser. These assemblies facilitate improved genetic variant identification and prioritization, enhancing breeding strategies. The project has also produced extensive datasets through RNA-Seq, ATAC-Seq, and ChIP-Seq, leading to the development of functional annotation maps that support comparative analyses across species. Furthermore, AQUA-FAANG has established standardized protocols for immune response studies, contributing valuable resources for both research and industry. The integration of functional genomic information is poised to advance aquaculture breeding practices, with a focus on quantifying the financial implications of new technologies in breeding programs.