Genomic prediction of resistance to Photobacterium damselae subsp. piscicida and Sparicotyle chrysophrii in gilthead seabream (Sparus aurata) using 2B-RAD sequencing

Contesto: L’ orata (Sparus aurata) è una specie ittica molto importante per il settore dell'acquacoltura nel Mediterraneo. Le malattie infettive rappresentano una minaccia significativa per questo settore, provocando elevate perdite economiche dovute a mortalità, riduzione della produttività e la necessità di trattamenti / vaccinazioni aggiuntivi. Metodi specifici e sensibili per il rilevamento di patogeni rappresentano strumenti utili per studiare le dinamiche di infezione e consentirne una diagnosi precoce per una migliore prevenzione. La selezione per la resistenza alle malattie infettive rappresenta anch’essa uno strumento prezioso per aiutare a prevenire o ridurre i focolai di malattie; l'applicazione delle informazioni genomiche ai metodi di selezione avanzati attualmente disponibili, potrebbe accelerare la risposta alla selezione. Il batterio gram-negativo Photobacterium damselae subsp. piscicida (Phdp) e l'ectoparassita Sparicotyle chrysophrii (Sc) sono due importanti patogeni che colpiscono la coltivazione delle orate. Scopo dello studio: Gli obiettivi di questo lavoro sono: (i) studiare la previsione genomica della resistenza a due malattie altamente problematiche in orata attraverso l'applicazione di strumenti genomici innovativi (2b-RAD) e (ii) progettare un saggio efficace per il rilevamento e la quantificazione di Phdp. Materiali e metodi: (i) 1233 e 1001 individui di orata sono stati infettati sperimentalmente rispettivamente tramite iniezione intramuscolare con un ceppo virulento di Phdp e per co-abitazione con orate naturalmente infette da Sc. I pesci sono stati monitorati giornalmente. In questo contesto sono stati registrati dati quali numero morti / sopravvissuti, numero di parassiti nelle branchie / lunghezza. Il DNA genomico è stato estratto da tessuto di pinna da tutti gli individui e utilizzato per costruire le librerie 2b-RAD. I dati sono stati analizzati al fine di trovare i genotipi basati su SNPs (GATK, SAMtools), eseguire genome-wide association studies (GWAS), stimare i parametri genetici (ASReml 4.0) e costruire mappe di linkage (Lep-Map v2). (ii) Un set di primer è stato progettato su una porzione di sequenza del gene bamB (Primer3 web) considerando due SNP che discriminano tra Phdp e la specie a cui esso è strettamente correlato, Phdd. Il saggio è stato testato per specificità / sensibilità sia su campioni generati in laboratorio che su campioni di tessuto di orata precedentemente infettati sperimentalmente. Risultati e discussione: (i) Il catalogo di riferimento è risultato contenere rispettivamente 175.725 e 269.660 per gli esperimenti con Phdp e Sc. La SNP discovery ha prodotto dati genotipici per 19.313 e 21.773 SNP di alta qualità per Phdp e Sc, rispettivamente, entrambi raggruppati in 24 gruppi di linkage (LG), sono coerenti con il cariotipo di questa specie. L'ereditabilità genomica per la resistenza alla fotobatteriosi è risultata 0,31-0,33 mentre l'ereditabilità genomica per la tolleranza a Sc 0,11-0,22, suggerendo l’esistenza di un potenziale per migliorare entrambe le resistenze attraverso la selezione. Le stime dei valori riproduttivi (EBV) mediante informazioni genomiche (GBLUP) hanno presentato un'accuratezza del 5-43% superiore rispetto a quelle misurate utilizzando le sole informazioni del pedigree (PBLUP). La GWAS ha rivelato un quantitative trait locus (QTL) comprendente 7 SNPs nel LG17, avente un'associazione significativa con la resistenza al Phdp, mentre uno SNP (LG17) è stato riscontrato influenzare la tolleranza a Sc. (ii) Il metodo molecolare proposto per la diagnosi di P. damselae, con un'elevata specificità e sensibilità, si è dimostrato idoneo per l'individuazione, la quantificazione e l'identificazione delle due sottospecie in un unico step, superando i limiti delle analisi precedenti. Conclusioni: gli SNPs scoperti attraverso la genotipizzazione 2b-RAD potrebbero essere utilizzati per implementare nuovi programmi di selezione assistita da marcatori per la generazione di pesci più resistenti, prevenendo importanti epidemie in allevamenti ittici. Inoltre, l’innovativo metodo molecolare proposto potrebbe migliorare l'attuale conoscenza delle dinamiche dell'infezione da Phdp e lo sviluppo di migliori strategie per controllare questa importante malattia in orata.