Selección genética contra furunculosis: heredabilidad alta y una interacción con la vacuna que conviene conocer

Detalles adicionales de las fuentes principales

Campo	Detalle
Estudio de heredabilidad de referencia	Kjøglum S, Henryon M, Aasmundstad T, Korsgaard I. Selective breeding can increase resistance of Atlantic salmon to furunculosis, infectious salmon anaemia and infectious pancreatic necrosis. Aquaculture Research, 2008
Diseño	Desafío con los agentes causales sobre aproximadamente 920 familias de hermanos completos de salmón del Atlántico para furunculosis e ISA, y 265 de esas familias para IPN. Modelo de umbral de susceptibilidad ajustado a caracteres binarios
Estudio sobre interacción con vacunación	Drangsholt TMK, y colaboradores. Quantitative genetics of disease resistance in vaccinated and unvaccinated Atlantic salmon. Heredity, 2011
Estudio de arquitectura genética	Whole-genome association study searching for QTL for Aeromonas salmonicida resistance in rainbow trout. Scientific Reports, 2021. Universidad Técnica de Dinamarca
Diseño del GWAS	798 truchas arcoíris expuestas por baño, con 614 susceptibles y 138 resistentes. Genotipificación con array de 57.000 SNP y análisis para supervivencia y tiempo hasta la muerte
Estudio de correlaciones genéticas	Ødegård J, Olesen I, Gjerde B, Klemetsdal G. Positive genetic correlation between resistance to bacterial and viral diseases in farmed Atlantic salmon. Aquaculture, 2007. Datos de 11 clases anuales de un programa de mejoramiento
Acceso	Los trabajos de Scientific Reports y Heredity son de acceso abierto

Por qué se busca una alternativa a la vacuna

El punto de partida de esta línea de investigación está bien establecido en la literatura y conviene enunciarlo tal como lo hacen los propios autores: la vacunación induce cierta protección bajo determinadas condiciones, pero los brotes ocurren incluso en peces vacunados. De ahí que se requieran enfoques alternativos de control de enfermedad para asegurar la expansión sostenible del cultivo.

Esa formulación no cuestiona el valor de la vacunación, que en el caso de la furunculosis produjo uno de los cambios sanitarios más documentados de la acuicultura. Lo que plantea es que la protección vacunal es condicional, y que un segundo mecanismo de control que actúe sobre el hospedador en lugar de sobre el agente agrega robustez al sistema.

La selección genética es ese segundo mecanismo. Su premisa es simple: si existe variación genética aditiva en la capacidad de resistir la infección, esa variación puede seleccionarse y acumularse a lo largo de generaciones.

Cuánta variación genética existe

La respuesta para furunculosis es que existe bastante, y ese es el dato que sostiene toda la línea de trabajo.

El estudio de referencia desafió salmones del Atlántico provenientes de aproximadamente 920 familias de hermanos completos con los agentes causales de furunculosis y de anemia infecciosa del salmón, y peces de 265 de esas familias con el agente de necrosis pancreática infecciosa. Las resistencias se evaluaron como caracteres binarios, ajustando un modelo de umbral de susceptibilidad.

Enfermedad	Heredabilidad estimada, escala de susceptibilidad subyacente
Furunculosis	0,62
Necrosis pancreática infecciosa	0,55
Anemia infecciosa del salmón	0,37

Para dimensionar esos valores, conviene situarlos junto a otras enfermedades de salmónidos. Las estimaciones publicadas para furunculosis a través de distintos estudios se ubican entre 0,43 y 0,62. En comparación, la vibriosis alcanza 0,69, la enfermedad entérica de boca roja 0,21, la enfermedad bacteriana del riñón entre 0,22 y 0,69, y la piscirickettsiosis entre 0,11 y 0,41.

La furunculosis se ubica, por tanto, en el extremo superior del rango de heredabilidad entre las enfermedades bacterianas de salmónidos. En términos de mejoramiento animal, una heredabilidad de ese nivel significa que una proporción sustancial de la diferencia observada entre individuos en su capacidad de sobrevivir al desafío es atribuible a diferencias genéticas transmisibles a la descendencia, y no al ambiente o al azar.

La arquitectura: pocos genes de efecto grande, o muchos de efecto pequeño

Saber que un carácter es heredable no dice cómo está distribuida esa herencia en el genoma, y esa distinción determina qué herramienta de selección conviene usar.

Un estudio de asociación de genoma completo realizado en trucha arcoíris abordó esa pregunta. Se expusieron 798 animales al agente por desafío en baño, resultando 614 susceptibles y 138 resistentes, y se genotipificaron con un array de 57.000 marcadores de polimorfismo de nucleótido simple, analizando tanto supervivencia como tiempo hasta la muerte.

Los resultados identificaron un locus en el cromosoma 16, cuyo marcador más significativo explica el 17% de la varianza genética en resistencia a furunculosis. Los autores concluyen que la resistencia es moderadamente heredable y presenta una arquitectura oligogénica, es decir gobernada por un número reducido de loci de efecto apreciable, antes que por cientos de loci de efecto marginal.

Esa característica importa en la práctica. Un carácter altamente poligénico requiere selección genómica sobre todo el genoma, con paneles densos y poblaciones de referencia grandes. Un carácter oligogénico, en cambio, admite selección asistida por marcadores dirigida a unos pocos loci, lo que reduce costo y complejidad.

El mismo trabajo examinó la expresión de 24 genes relevantes para la respuesta inmune, y encontró una regulación al alza notable de citoquinas y factores de inmunidad innata a los tres días post desafío en branquia, hígado y bazo, indicando una respuesta inmune sistémica a la infección.

En salmón del Atlántico se había documentado previamente un fenómeno relacionado: mayores tasas de supervivencia asociadas a variación en alelos del complejo mayor de histocompatibilidad.

El hallazgo que condiciona la interpretación: la vacuna enmascara la resistencia

Acá está el elemento menos difundido de esta línea de investigación, y el que más consecuencias tiene sobre cómo leer las cifras anteriores.

Un estudio publicado en 2011 se planteó una pregunta específica: si la predisposición genética a la infección se mantiene consistente entre peces vacunados y no vacunados. La pregunta es pertinente porque la vacunación y la selección genética se usan como métodos profilácticos complementarios, pero los ensayos de desafío que alimentan la selección se realizan sobre peces sin vacunar.

La conclusión de los autores es directa: los resultados sugieren con fuerza que la heredabilidad de la resistencia a furunculosis disminuye como resultado de la vacunación. La resistencia inducida por vacunación parece enmascarar parte de la resistencia genética innata frente a la enfermedad.

El mismo trabajo observó un efecto paralelo sobre las correlaciones entre enfermedades: las correlaciones entre resistencia a necrosis pancreática infecciosa y a anemia infecciosa del salmón fueron menores en los grupos vacunados, lo que indica que la vacunación contra furunculosis enmascara asociaciones genéticas entre resistencias a distintas enfermedades.

Conviene precisar qué significa y qué no significa este hallazgo. No significa que la selección genética sea inútil en poblaciones vacunadas: los propios autores señalan que las estimaciones de heredabilidad para supervivencia a furunculosis fueron relativamente altas y precisas, sugiriendo que existe variación genética aditiva sustancial tanto en peces vacunados como no vacunados, aprovechable mediante selección. Lo que significa es que el diferencial genético expresado en una población vacunada es menor que el que muestra un ensayo de desafío sobre peces sin vacunar, y por tanto el beneficio realizado en producción será menor que el estimado en el ensayo.

¿Sirve seleccionar por una enfermedad para mejorar otras?

Esta es una pregunta con respuesta menos favorable de lo que suele asumirse, y donde los estudios disponibles no coinciden del todo.

El estudio sobre 920 familias reportó que las correlaciones genéticas entre las resistencias a furunculosis, anemia infecciosa del salmón y necrosis pancreática infecciosa fueron débiles, entre −0,11 y 0,07. Es decir, prácticamente nulas: seleccionar por resistencia a una de esas enfermedades no produciría un cambio apreciable en las otras.

Un trabajo posterior sobre 11 clases anuales de un programa de mejoramiento encontró una correlación genética positiva entre resistencia a furunculosis y a anemia infecciosa del salmón, con un valor de 0,15. Aunque el título de ese trabajo enfatiza el carácter positivo de la correlación, su magnitud es baja.

El estudio de 2011 sobre peces vacunados y no vacunados encontró correlaciones favorables significativas entre resistencia a furunculosis y resistencia tanto a necrosis pancreática infecciosa como a anemia infecciosa del salmón, aunque solo en peces no vacunados, y atribuye la discrepancia con el estudio previo a diferencias en el modelo de desafío empleado y en la etapa de desarrollo de los peces evaluados.

La lectura conjunta que permite esta evidencia es que la resistencia a furunculosis se comporta en buena medida como un carácter independiente. Un programa que busque mejorar resistencia a varias enfermedades necesita seleccionar por cada una, no puede apoyarse en respuesta correlacionada.

El precedente de la necrosis pancreática infecciosa

Existe un caso previo de aplicación exitosa de selección genética en salmonicultura que conviene tener presente, tanto por lo que logró como por lo que ocurrió después.

En resistencia a necrosis pancreática infecciosa se identificó un locus de efecto mayor que explica una proporción muy grande de la variación genética del carácter. Ese hallazgo permitió implementar selección asistida por marcadores en programas de mejoramiento europeos hace aproximadamente quince años, y en Chile desde hace cerca de una década, con control efectivo de la enfermedad durante ese período.

En 2021, sin embargo, reaparecieron casos en Noruega asociados a mutaciones del virus que le permitieron sortear la resistencia conferida por ese locus.

El precedente no invalida la estrategia. Lo que muestra es que la selección genética somete al patógeno a una presión selectiva, y que un patógeno bajo presión responde. La durabilidad de la protección depende de la arquitectura genética de la resistencia y de la capacidad evolutiva del agente, y una resistencia gobernada por un locus único es más vulnerable a ser sorteada que una distribuida entre varios.

Esa consideración es relevante para furunculosis precisamente porque su arquitectura es oligogénica, es decir intermedia: más manejable que un carácter altamente poligénico, pero potencialmente menos duradera que uno distribuido entre muchos loci de efecto pequeño.

Variación aprovechable más allá del plantel

Existe evidencia de que la variación genética útil no se limita a la que puede encontrarse dentro de una población de cultivo.

Se ha documentado que poblaciones silvestres de salmón del Atlántico del Báltico presentan resistencia a furunculosis superior a la de trucha arcoíris, y ese mismo stock había mostrado previamente genes de resistencia frente a un parásito distinto. También se ha descrito variación de resistencia entre poblaciones dentro de una misma especie, tanto en trucha arcoíris como en trucha café y en salmón del Atlántico.

Ese tipo de variación de origen poblacional constituye un reservorio de alelos que un programa de mejoramiento cerrado no contiene, y su incorporación es una vía técnicamente disponible aunque operativamente compleja, dado que implica introducir material genético con caracteres productivos no seleccionados.

Interpretación Evidencia Vet

Los datos de heredabilidad para furunculosis son, en términos de mejoramiento animal, favorables. Un valor de 0,62 en escala de susceptibilidad subyacente ubica a este carácter entre los más seleccionables de las enfermedades bacterianas de salmónidos, y la arquitectura oligogénica descrita en trucha arcoíris facilita la implementación práctica. Sobre esa base, la selección genética aparece como una vía con respaldo cuantitativo sólido.

El hallazgo que conviene incorporar a esa lectura es la interacción con la vacunación. Que la heredabilidad disminuya en peces vacunados implica que el diferencial genético que un ensayo de desafío mide sobre peces sin vacunar sobreestima el beneficio que ese mismo diferencial producirá en una población productiva vacunada. No es un argumento contra la selección, es una precisión sobre la magnitud esperable del retorno, que rara vez aparece en la discusión sobre programas de mejoramiento.

Esa interacción admite además una lectura inversa que resulta pertinente para el escenario chileno actual. Si el enmascaramiento se produce porque la vacuna cubre parte de lo que la genética también cubriría, entonces en un contexto donde la protección vacunal frente a los agentes circulantes es limitada, el enmascaramiento debería reducirse y la resistencia genética innata pasaría a expresarse con mayor peso relativo. Corresponde declarar que esto es una inferencia a partir del mecanismo descrito, no un hallazgo publicado: ningún estudio ha evaluado la heredabilidad de la resistencia a furunculosis en poblaciones vacunadas frente a variantes que la vacuna no reconoce.

Una tercera observación surge de las correlaciones genéticas. La expectativa razonable de que seleccionar por resistencia a una enfermedad mejore otras no se sostiene con los datos disponibles para furunculosis, donde las correlaciones reportadas van de prácticamente nulas a débilmente positivas. Un programa que busque cubrir varias enfermedades necesita incorporar cada una como carácter de selección, con el costo que eso implica en tamaño de población y en ensayos de desafío.

Finalmente, el precedente de la necrosis pancreática infecciosa fija una expectativa realista de horizonte temporal. Una resistencia genética efectiva sostuvo el control durante aproximadamente quince años antes de que el patógeno la sorteara. Ese es el orden de magnitud a considerar al evaluar la inversión, y refuerza el argumento a favor de mantener la selección genética como componente de una estrategia con varios mecanismos, en lugar de como reemplazo de ellos.

Conclusión

La resistencia a furunculosis reúne las condiciones que hacen atractivo un carácter para selección genética: heredabilidad alta, variación aditiva sustancial documentada en poblaciones amplias, y una arquitectura oligogénica que admite selección asistida por marcadores. Esa base cuantitativa es más sólida que la disponible para varias otras enfermedades relevantes en salmonicultura. La evidencia añade, sin embargo, dos condiciones que conviene incorporar a la evaluación. La primera es que la vacunación enmascara parte de la resistencia genética innata, de modo que el retorno realizado en una población vacunada será menor que el estimado en un ensayo sobre peces sin vacunar. La segunda es que la protección genética tiene horizonte temporal: el precedente de la necrosis pancreática infecciosa muestra alrededor de quince años de control efectivo antes de que el patógeno sorteara la resistencia. Ninguna de las dos anula el valor de la estrategia; ambas precisan qué cabe esperar de ella y en qué marco conviene ubicarla.

Puntos clave

• La heredabilidad de la resistencia a furunculosis en salmón del Atlántico se estima entre 0,43 y 0,62 en escala de susceptibilidad subyacente, según distintos estudios.
• En un ensayo sobre aproximadamente 920 familias de hermanos completos, la heredabilidad fue de 0,62 para furunculosis, 0,55 para necrosis pancreática infecciosa y 0,37 para anemia infecciosa del salmón.
• Esos valores ubican a la furunculosis en el extremo superior del rango descrito para enfermedades bacterianas de salmónidos.
• Un estudio de asociación de genoma completo en 798 truchas arcoíris identificó un locus en el cromosoma 16 cuyo marcador más significativo explica el 17% de la varianza genética de resistencia.
• La arquitectura de la resistencia es oligogénica, lo que facilita la selección asistida por marcadores frente a un carácter altamente poligénico.
• La heredabilidad de la resistencia disminuye en peces vacunados: la protección vacunal enmascara parte de la resistencia genética innata.
• Las correlaciones genéticas entre resistencia a furunculosis y a otras enfermedades van de prácticamente nulas, entre −0,11 y 0,07 en un estudio, a débilmente positivas, 0,15 en otro.
• La selección asistida por marcadores contra necrosis pancreática infecciosa sostuvo control efectivo por cerca de quince años antes de que el virus sorteara la resistencia mediante mutación.
• Existe variación de resistencia entre poblaciones dentro de una misma especie, incluyendo stocks silvestres con resistencia superior documentada.

Referencias

1. Kjøglum S, Henryon M, Aasmundstad T, Korsgaard I. Selective breeding can increase resistance of Atlantic salmon to furunculosis, infectious salmon anaemia and infectious pancreatic necrosis. Aquaculture Research. 2008;39:498-505. https://doi.org/10.1111/j.1365-2109.2008.01904.x

2. Drangsholt TMK, Gjerde B, Ødegård J, Finne-Fridell F, Evensen Ø, Bentsen HB. Quantitative genetics of disease resistance in vaccinated and unvaccinated Atlantic salmon (Salmo salar L.). Heredity. 2011;107:471-477. https://doi.org/10.1038/hdy.2011.34

3. Whole-genome association study searching for QTL for Aeromonas salmonicida resistance in rainbow trout. Scientific Reports. 2021;11:17857. https://doi.org/10.1038/s41598-021-97437-7

4. Ødegård J, Olesen I, Gjerde B, Klemetsdal G. Positive genetic correlation between resistance to bacterial (furunculosis) and viral (infectious salmon anaemia) diseases in farmed Atlantic salmon (Salmo salar). Aquaculture. 2007;271:173-177. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2007.06.006

5. Gjedrem T, Salte R, Gjøen HM. Genetic variation in susceptibility of Atlantic salmon to furunculosis. Aquaculture. 1991;97:1-6.

6. Gjøen HM, Refstie T, Ulla O, Gjerde B. Genetic correlations between survival of Atlantic salmon in challenge and field tests. Aquaculture. 1997;158:277-288.

7. Houston RD, Haley CS, Hamilton A, Guy DR, Mota-Velasco JC, Gheyas AA, et al. The susceptibility of Atlantic salmon fry to freshwater infectious pancreatic necrosis is largely explained by a major QTL. Heredity. 2010;105:318-327.

8. Moen T, Baranski M, Sonesson AK, Kjøglum S. Confirmation and fine-mapping of a major QTL for resistance to infectious pancreatic necrosis in Atlantic salmon: population-level associations between markers and trait. BMC Genomics. 2009;10:368.

9. Yáñez JM, Bangera R, Lhorente JP, Oyarzún M, Neira R. Quantitative genetic variation of resistance against Piscirickettsia salmonis in Atlantic salmon. Aquaculture. 2013;414-415:155-159.

10. Henryon M, Berg P, Olesen NJ, Kjær TE, Slierendrecht WJ, Jokumsen A, Lund I. Selective breeding provides an approach to increase resistance of rainbow trout to the diseases enteric redmouth disease, rainbow trout fry syndrome and viral haemorrhagic septicaemia. Aquaculture. 2005;250:621-636.

¿Qué significa esto en terreno?

• Al evaluar la incorporación de resistencia a furunculosis como criterio de selección, considerar que las estimaciones de heredabilidad publicadas se ubican entre 0,43 y 0,62, entre las más altas descritas para enfermedades bacterianas de salmónidos.
• Tener presente que el beneficio observado en un ensayo de desafío sobre peces no vacunados sobreestima el que se expresará en una población productiva vacunada, dado el efecto de enmascaramiento documentado.
• No asumir respuesta correlacionada entre enfermedades. Las correlaciones genéticas reportadas entre resistencia a furunculosis y a otras enfermedades relevantes van de nulas a débiles, por lo que cada carácter requiere selección propia.
• Al comparar ofertas de material genético, solicitar información sobre el modelo de desafío empleado y sobre si los peces evaluados estaban vacunados, ya que ambos factores afectan la magnitud de las estimaciones reportadas.
• Considerar la arquitectura oligogénica como una ventaja de implementación y a la vez como una consideración de durabilidad, dado que resistencias concentradas en pocos loci son más susceptibles de ser sorteadas por el patógeno.
• Tratar la selección genética como componente complementario y no sustitutivo de las medidas de manejo y de la vacunación, en línea con el precedente documentado en necrosis pancreática infecciosa.