Development of tools for tracebility and for assessing the genetic impact of aquaculture

Overexploitation of natural food resources, among which marine resources, put in serious risk the survival of many species and its availability as human food. Reduction of harvest, restocking with farmed fish and farming as alternative source of product, are commonly used to grant high quality food in a sustainable way. Nevertheless, the last two solutions have potential side effects, among which the genetic impact on natural populations that are involved in restocking actions or escapees from fattening cages and farms. Study the genetic structure of the species in the wild and farming environment is a key aspect to understand the real risks related to aquaculture. At the same time, genetic tools developed in the process can be used to trace wild and farmed origin of fish product, which is an aspect that is gaining great interest among consumers. In the study presented in the thesis, genetic analysis based on RAD genotyping allowed the study of more than 1000 wild and farmed samples with 1216 SNP. The results obtained suggest a subdivision of natural samples in four genetically distinct groups: Atlantic, West Mediterranean, Ionian Sea and Aegean Sea. The analysis carried out on many European broodstocks revealed a higher genetic differentiation compared to wild groups, probably due to founder effects and genetic drift; broodstocks are characterized by lower genetic variability, that in some cases fell below the minimum threshold to avoid inbreeding; finally, some of the broodstocks showed genetic traits that could make offspring unfit to the natural environment they would find in case of restocking of escapees. Comparing wild and farmed groups stimulated a discussion on the potential impact of aquaculture on natural populations, considering the reduction in fitness and the loss of inter/intra groups genetic variability, that cause a loss in long-term adaptation potential. The analytical techniques used and the results obtained are important for the development of gilthead sea bream aquaculture in Europe and for the correct management and protection of natural populations from the areas involved in production.

Il sovrasfruttamento delle risorse naturali di cibo, tra cui quelle marine, ha messo in serio pericolo la sopravvivenza di molte specie e la loro disponibilità per il consumo da parte dell’uomo. La riduzione del prelievo, il ripopolamento degli stock naturali con pesci allevati e l’allevamento stesso come fonte alternativa di prodotto sono mezzi comunemente utilizzati per risolvere il duplice problema di garantire cibo di qualità e preservare l’ambiente naturale. Tuttavia, le ultime due misure presentano potenziali effetti collaterali, tra i quali un impatto sulla diversità genetica delle popolazioni naturali soggette a ripopolamenti o fughe dagli allevamenti. Per comprendere i rischi legati a questi due eventi, è fondamentale studiare le caratteristiche genetiche delle popolazioni selvatiche e dei riproduttori usati in allevamento. Allo stesso tempo, le tecniche di analisi sviluppate possono essere sfruttate per la tracciabilità del prodotto allevato e selvatico, aspetto che sta guadagnando sempre maggiore importanza tra i consumatori. L’analisi basata su tecniche di caratterizzazione genetica di tipo RAD ha permesso lo studio di più di 1000 campioni di orata con 1240 marcatori SNPs. I risultati suggeriscono una suddivisione dei campioni naturali in quattro gruppi geneticamente distinti: Atlantico, Mediterraneo Ovest, Ionio e Egeo. L’analisi dei broodstocks dei maggiori allevamenti europei ha rivelato una differenziazione genetica tra i gruppi più elevata di quella osservata tra i selvatici, probabilmente dovuta all’uso di un ridotto numero di riproduttori e alla deriva genetica; è stata rilevata anche una minore variabilità genetica all’interno dei gruppi allevati, talvolta al di sotto dei limiti considerati sicuri per evitare l’inbreeding; infine, alcuni riproduttori portano tratti genetici che potrebbero rendere la prole non adatta all’ambiente naturale che incontrerebbe in caso di fuga o rilascio. Il confronto delle caratteristiche genetiche dei gruppi allevati e selvatici ha permesso di discutere il potenziale impatto dell'acquacoltura sulla fitness e sul potenziale adattativo delle popolazioni selvatiche. Le tecniche messe a punto e i risultati ottenuti sono di grande importanza per lo sviluppo del settore dell'acquacoltura di orata e per la corretta gestione e salvaguardia delle popolazioni naturali delle zone coinvolte nella produzione.