Genetic studies of Nile tilipia (Oreochromis niloticus) for farming in northern Vietnam : growth, survival and cold tolerance in different farm environments

Abstract

The present work explores genetic parameters for growth, survival and cold tolerance of tilapia in different farm environments in northern Vietnam. The results are important for further development of selective breeding programs for O. niloticus. It was found that the GIFT strain grew significantly faster than the Viet strain in freshwater, but a smaller strain difference was observed in brackish water. The estimated genetic parameters and genotype by environment interactions were based upon; firstly, harvest body weight and survival recorded in fresh and brackish water (Paper I); secondly, harvest body weight recorded in two tank environments with controlled temperatures (O=optimum and L=low temperatures) and in a natural pond environment (N=natural) located in the mountain province (Paper II); and thirdly, cold tolerance recorded in short-term cold challenge tests, harvest body weight and growth during overwintering (Paper III). Genetic parameters for weight gain (WG), relative weight gain (RWG) and specific growth rate (SGR) were also estimated in this study (Paper II). Their estimates were similar to those determined for harvest body weight with respect to magnitude and direction. The results indicate some genotype by environment interaction for harvest body weight and survival recorded in brackish- and freshwater. The genetic correlations between records in the two environments were low for both harvest body weight (0.45±0.09) and survival (0.42±0.05). Furthermore, relatively high genetic correlations between the two traits within each test environment were estimated (0.73±0.05 and 0.67±0.07 for fresh and brackish water environments, respectively). The genetic correlations between harvest body weight records in the different temperature environments were higher, (0.88±}0.19 between O and L, 0.78±0.10 between L and N, and 0.61±0.05 between O and N), indicating a low genotype by environment interaction (Paper II). The estimated genetic correlation between harvest body weight (HW) and growth during overwintering (OW) was high (0.94±0.05) (Paper III), while low but favourable genetic correlations were estimated between HW and cold tolerance measured in the challenge test; 0.17±0.18 with cooling degree hours (CDH), -14±0.17 with temperature at death (TAD), 0.05±0.07 with survival (SUR) and 0.070.10 with survival at 50% mortality (SUR50) respectively. Similarly, low and favourable genetic correlations were estimated between OW on one hand and CDH (0.23±0.26), TAD (-0.26±0.18), SUR (0.12±0.07), and SUR50 (0.12±0.09) on the other. The results indicate that selection for harvest body weight may result in a high and favourably correlated response in growth during overwintering, and a low but favourably correlated response in cold tolerance. The heritability estimates for harvest body weight and growth were 0.24±0.04 for freshwater, 0.19±0.06 for brackish water, 0.31±0.08 for controlled O tanks, 0.19±0.04 for controlled L tanks, 0.26±0.09 for N pond environment and 0.18±0.06 for growth during overwintering. The estimated heritability for pond survival was 0.27±0.04 and 0.20±0.06 for freshwater and brackish water environments, respectively. The heritability estimates for traits measured in the cold tolerance test varied from 0.07 to 0.26. This study indicates that substantial additive genetic variation exists for the growth traits and pond survival in different farm environments that can be exploited through selective breeding. The heritabilities estimated for cold tolerance were lower and less accurate. They do, however, indicate a potential for using selective breeding to improve cold tolerance. It can also be concluded that selection for higher harvest body weight does not have any negative consequences for survival at harvest, growth during overwintering or cold tolerance. Additionally, a focus on improved husbandry practices and management will be important to improve cold tolerance performance of O. niloticus. It is recommended that the ongoing breeding program for tropical freshwater farming of tilapia in Vietnam should include harvest body weight and survival. In addition, it is suggested that a separate breeding program be implemented in order to improve growth and survival in brackish water aquaculture. In order to support tilapia farmers in the highlands of northern Vietnam, one should also consider to include cold tolerance in the selection criterion for freshwater farming. It is further recommended that a sample of each full-sib group may be tested for growth and survival in a mountain pond in addition to family testing in the on-going breeding program for freshwater farming. This would make it possible to select broodstock from the best families in the mountain pond to then be disseminated to hatcheries in the highland areas. Further research is recommended to validate and possibly improve the cold challenge tests for genetic improvement of cold tolerance.

Arbeidet omhandler genetiske studier av vekst, overleving og kuldetoleranse hos tilapia i ulike oppdrettsmiljø i Nord-Vietnam. Resultatene har betydning for videre utvikling av avlsprogram for O. niloticus. Det ble dokumentert en raskere vekst hos GIFT-stammen sammenlignet med Viet-stammen. Genetiske parametre og samspillseffekter mellom genotype og miljø ble estimert for vekt ved slaktetidspunkt registret i ferskvann og brakkvann i studie 1, levendevekt ved slaktetidspunkt registrert i tank under kontrollerte temperaturbetingelser (O=optimal og L=lav temperatur) og i dam lokalisert i fjellområdet med naturlige temperatursvingninger i studie 2, og kuldetoleranse registrert i kultetest samt vekt ved slaktetidspunkt og vekst ved overvintring i studie 3. Genetiske parametre for tilvekst, relativ og spesifikk tilvekst ble også estimert (studie 2). Estimatene for disse egenskapene var imidlertid svært like estimatene for levende vekt mht størrelse og retning. Vekt og overleving målt ved slaktetidspunkt i hht ferskvann og brakkvann viste signifikante samspillseffekter med genetiske korrelasjoner mellom de to miljøene på hhv 0.45±0.9 og 0.42± 0.05. Det ble funnet høye genetiske korrelasjoner mellom vekt og overleving i begge miljøene (0.73±0.05 og 0.67±0.07) (Artikkel I). Korrelasjonene var høyere mellom høstevekt (HW) målt i de ulike temperaturregimene (0.88±0.19 mellom O og L, 0.78±0.10 mellom L og N, og 0.61±mellom 0.05 mellom O og N) noe som indikerte lave samspillseffekter (Artikkel II). Genetisk korrelasjon mellom HW og vekst ved overvintring (OW) var høy (0.94±0.05), mens lave og gunstige genetiske korrelasjoner ble funnet mellom HW og ulike mål for kuldetoleranse registrert i kuldetest; hhv 0.17±0.18 for kuldetidgrader (timegrader) (CDH), -0.14±0.17 for temperatur ved død (TAD), 0.05±0.07 for overleving (SUR) og 0.07±0.10 for overleving ved 50% dødelighet (SUR50) (Artikkel III). Likeens ble det funnet lave men gunstige korrelasjoner mellom OW og hhv. CDH (0.23±0.26), TAD (- 0.26±0.18), SUR (0.12±0.07), og SUR50 (0.12±0.09). Resultatene indikerer at seleksjon for høstevekt kan føre til en gunstig respons i vekst ved overvintring, og en lav men gunstig respons i kuldetoleranse. Arvegradene estimert for høstevekt i ferskvann og brakkvann var hhv 0.24±0.04 og 0.19±0.06, mens de var 0.31±0.08, 0.19±0.04 og 0.26±0.09 for temperaturregimene O, L og N, og 0.28±0.06 for OW. Arvegraden for overleving var hhv. 0.20±0.06 og 0.27±0.04 i brakkvann og ferskvann. For egenskaper målt i kuldetesten varierte arvegradene fra 0.07 til 0.26. Studiene indikerer en betydelig additiv genetisk variasjon for vekst og overleving under ulike miljøforhold noe som gir mulighet for endring gjennom seleksjon. Arvegradene var noe lavere og mer usikre for kuldetolerense målt i test. De viser likevel et potensial for endring av kuldetolerense gjennom seleksjon. Det kan også konkluderes med at seleksjon for økt høstevekt ikke synes å ha negativ effekt på overleving ved høstetidspunkt, vekst ved overvintring og kuldetoleranse. Miljømessige forhold knyttet til drift vil, også være avgjørende for produksjon ved lave temperaturer. Det anbefales at det pågående avlsprogrammet for tropisk ferskvannsproduksjon av O. niloticus i Vietnam bør fokusere på vekst og overleving. I tillegg foreslås det å introdusere eget avlsprogram for brakkvannsproduksjon. For å støtte produsenter i fjellområdene i nordre deler av Vietnam bør det vurderes å ta hensyn til kuldetoleranse i avlsprogrammet for ferskvannsoppdrett. Det er videre anbefalt at man for hver generasjon av avlsfisk tester et utvalg fra hver familie for testing i fjellområdene i tillegg til familietestingen som pågår i dagens i avlskjerne. På den måten vil fisk fra de beste familiene i fjellområdene kunne velges ut som avlsfisk og gjøres tilgjengelige for klekkerier nettopp i disse områdene. Mer forskning anbefales for å validere og videreutvikle metodikken for kuldetesting for å selektere for høyere kuldetoleranse.