Biotechnology in Aquaculture: Transgenics and Polyploidy

Abstract

Although capture fisheries have experienced slow to stagnant growth in recent years, the world population has been increasing, with subsequent rises in demands for marine‐based foods. One possibility for alleviating potential food shortages and price increases is through aquaculture, which has experienced rapid worldwide expansion. A major focus of research in the aquaculture industry is on the use of biotechnology to increase food availability and reduce production costs, specifically through the manipulation of the genes and chromosomes of cultivated species. Examples include transgenic fish with properties such as increased growth rates, feed conversion efficiency, disease resistance, cold tolerance, and improved metabolism of land‐based plants. However, use of transgenic organisms in aquaculture is a very controversial topic due to a number of environmental and human health concerns such as escapement and introduction of genetically modified organisms into the food chain. In response, some transgenic research has also been focused on inducing sterility to reduce the risk of transgenic organisms breeding with wild species. A method of chromosome manipulation, referred to as polyploidy, provides the option of creating sterile organisms, some of which also exhibit increased growth rates. This review paper will discuss recent advances in biotechnology research, specifically in regards to the manipulation of genes and chromosomes, for enhanced cultivation of fish and invertebrates. Major environmental and human health concerns will also be addressed.

Fish Nutrition and Current Issues in Aquaculture: The Balance in Providing Safe and Nutritious Seafood, in an Environmentally Sustainable Manner

“…There are also health and safety concerns that pertain to the immediate and long-term effects on human health after consumption of GM salmon products. Initial tests on the safety of consuming transgenic carp and tilapia show no apparent negative health impacts on mice and humans [65]. However, allergens or toxins may be produced as a result of gene transfer if the transgene codes for a protein that induces expression of a previously inactive toxin (e.g., shellfish protein used to create a transgenic fish), and the expression of bioactive proteins which may continue to possess bioactive properties following consumption (e.g., growth hormone) [65].…”

Fisiologia de los peces triploides

“…Uso potencial de triploides para el control reproductivo y genético de peces cultivados A pesar que la producción de peces de mayor tamaño a través de la triploidía no se transformó en una realidad, la triploidía tiene gran variedad de aplicaciones dentro de la acuacultura, ya que de acuerdo a las regulaciones de USA y de la comunidad europea (Directiva 90/220/CEE del 23 de Abril 1990) los especímenes poliploides, incluyendo triploides y los híbridos no son considerados organismos genéticamente modificados (OGM´s), por lo tanto están exentos de las estrictas regulaciones actualmente aplicadas para el uso y resguardo de OGM´s en las granjas acuícolas (Rasmussen & Morrissey, 2007;Piferrer et al, 2009). Aunque la superioridad de los organismos triploides no siempre ha sido observada, el uso de peces triploides puede ser una solución cuando existen restricciones sobre el cultivo de peces diploides (Galbreath et al, 1994), especialmente, cuando estos se cultivan fuera de su área natural de distribución.…”

“…Aunque la superioridad de los organismos triploides no siempre ha sido observada, el uso de peces triploides puede ser una solución cuando existen restricciones sobre el cultivo de peces diploides (Galbreath et al, 1994), especialmente, cuando estos se cultivan fuera de su área natural de distribución. Aunque la triploidización es comúnmente reconocida como la forma más práctica y efectiva de producir peces estériles a gran escala (Maxime, 2008), en algunas ocasiones no es posible asegurar que toda la progenie es 100% estéril, pues algunos individuos pueden producir gametos maduros (Rasmussen & Morrissey, 2007). Sin embargo, cuando se consigue establecer una población estéril gracias a la triploidización, los peces triploides pueden prevenir el cruzamiento de organismos que escapan del cultivo con organismos de poblaciones naturales, de la misma especie o bien a través de la hibridación y de esta forma evitar la interferencia con adaptaciones evolutivas presentes en el pool genético de poblaciones silvestres, las cuales pueden ocasionar la pérdida de diversidad genética natural (alterar frecuencias alélicas, interrupción del flujo genético interpoblacional, ruptura de complejos genéticos localmente co-adaptados).…”

“…Sin embargo, cuando se consigue establecer una población estéril gracias a la triploidización, los peces triploides pueden prevenir el cruzamiento de organismos que escapan del cultivo con organismos de poblaciones naturales, de la misma especie o bien a través de la hibridación y de esta forma evitar la interferencia con adaptaciones evolutivas presentes en el pool genético de poblaciones silvestres, las cuales pueden ocasionar la pérdida de diversidad genética natural (alterar frecuencias alélicas, interrupción del flujo genético interpoblacional, ruptura de complejos genéticos localmente co-adaptados). Al mismo tiempo, se previene el establecimiento de poblaciones no deseadas ajenas al ecosistema, y con esto, la competencia interespecífica con poblaciones nativas o bien la depredación de estas últimas (Utter et al, 1983;Thorgaard, 1986;Seeb et al, 1993;Galbreath et al, 1994;Withler et al, 1998;Rasmussen & Morrissey, 2007;Cassani et al, 2008;Piferrer et al, 2009;Douglas & Brown, 2010). El valor de los peces triploides para reducir o evitar interacciones genéticas entre peces cultivados y silvestres requiere una evaluación de su comportamiento y desempeño en el ambiente natural.…”

The use of genetic engineering techniques to improve the lipid composition in meat, milk and fish products: a review

“…In aquaculture, for economic reasons, relatively cheap vegetable oils are used as a primary dietary fat source, mainly rapeseed and soyabean oil. These oils are characterised by relatively high levels of LA and ALA, but do not contain EPA and DHA (Rasmussen and Morrissey, 2007). Conversion of dietary ALA to n-3 PUFAs may occur in fish in the processes of elongation and desaturation by enzymatic elongase and desaturase pathways involved in EPA and DHA synthesis.…”