Estudos Genéticos e de interpretação de imagem de características morfométricas em peixes tambaqui (Colossoma macropomum)
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Data
2022-03-10
Autores
Ataides, Kétuly da Silva
Título da Revista
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Para suprir a carência por programas de melhoramento genético para peixes nativos, faz-se necessário, entre outros, estudos que evidenciam as possibilidades de seleção das diferentes características morfométricas de interesse comercial e que auxiliem na elaboração de ferramentas que permitam uma melhor exploração de tais características. Com isso, no presente trabalho, objetivou-se: estudar a herdabilidade (h²) e o efeito de ambiente comum (c²) de características morfométricas de tambaqui; avaliar os morfotipos presentes na população; comparar as metodologias de morfometria geométrica (MG) e segmentação manual (SM) para obtenção de medidas corporais do tambaqui; identificar os critérios que devem ser seguidos para melhor obtenção das imagens a serem trabalhadas em tais metodologias e avaliar as imagens segmentadas, visando a composição de um banco de imagens para estudos morfométricos futuros e automatizados. Para o primeiro objetivo, foram considerados registros fotográficos e dados de criação e peso dos animais que compõem o banco de dados da população base do programa de melhoramento genético da Embrapa Pesca e Aquicultura. O banco completo continha 19 famílias de irmãos completos, sendo 3.964 animais na identificação e com média de cinco meses de idade, 3.569 animais na biometria 1, com média de seis meses de idade e 3.273 animais com média de doze meses de idade (biometria 2). Para os demais objetivos, apenas os dados referentes à biometria 2 foram considerados. Para estimar os componentes de variância, h² e c² foram realizadas análises uni-características, por Máxima Verossimilhança Restrita, utilizando o modelo animal. O teste de adequacidade dos modelos foi seguindo os critérios de Akaike – AIC e as estimações de interesse foram obtidas com a utilização do software AIREMLF90. A identificação dos morfotipos da população na biometria 2, ocorreu através da análise de componentes principais. Para aplicação da MG foram utilizados softwares para fixação de landmarks, e por fim, o Excel. Já para a SM, além do uso de softwares que permitiram a segmentação foi necessário a elaboração de um algoritmo em Python. Para ambas as metodologias, foram considerados 400 animais com média de 12 meses de idade. Na biometria 1, ao considerar o c², as estimativas de h² tenderam à zero e em modelos sem o c² as h² estimadas ficaram próximas à 1, evidenciando confundimento entre o efeito de ambiente comum e genético aditivo. Na biometria 2, as estimativas de h² apresentaram baixa a moderada magnitude. Foram identificados diferentes morfotipos, sendo que o único componente principal significativo (critério de KAISER) contrastava animais grandes e pesados de animais pequenos e leves. Avaliando-se as metodologias para obtenção de medidas, tem-se que ambas retornam resultados condizentes com a literatura, sendo que a SM é mais precisa devido a todos os pixels estarem associados à uma classe. A SM também é a metodologia que apresenta maiores possibilidades de automatização nos estudos morfométricos. A MG se destaca ao permitir estudo de medidas que não possuem bordas visíveis à olho nu e facilidade de obtenção. Para obter as medidas, recomenda-se, controle de luminosidade, presença de objeto de medida conhecida, background de cor contrastante com o peixe e padronização da posição e localização do mesmo na iv foto. Tais resultados indicam que somente aos 12 meses não houve grande impacto do c² e recomenda-se, em programas de melhoramento genético, a adoção de medidas que visam a redução desse efeito. Em relação ao morfotipo, nenhum dos identificados foram significativos. Os resultados obtidos com as imagens segmentadas manualmente indicam que essas podem vir a compor um banco de imagens para testes futuros de automatização e com potencial de atender a objetivos que extrapolam as medições corporais.Para suprir a carência por programas de melhoramento genético para peixes nativos, faz-se necessário, entre outros, estudos que evidenciam as possibilidades de seleção das diferentes características morfométricas de interesse comercial e que auxiliem na elaboração de ferramentas que permitam uma melhor exploração de tais características. Com isso, no presente trabalho, objetivou-se: estudar a herdabilidade (h²) e o efeito de ambiente comum (c²) de características morfométricas de tambaqui; avaliar os morfotipos presentes na população; comparar as metodologias de morfometria geométrica (MG) e segmentação manual (SM) para obtenção de medidas corporais do tambaqui; identificar os critérios que devem ser seguidos para melhor obtenção das imagens a serem trabalhadas em tais metodologias e avaliar as imagens segmentadas, visando a composição de um banco de imagens para estudos morfométricos futuros e automatizados. Para o primeiro objetivo, foram considerados registros fotográficos e dados de criação e peso dos animais que compõem o banco de dados da população base do programa de melhoramento genético da Embrapa Pesca e Aquicultura. O banco completo continha 19 famílias de irmãos completos, sendo 3.964 animais na identificação e com média de cinco meses de idade, 3.569 animais na biometria 1, com média de seis meses de idade e 3.273 animais com média de doze meses de idade (biometria 2). Para os demais objetivos, apenas os dados referentes à biometria 2 foram considerados. Para estimar os componentes de variância, h² e c² foram realizadas análises uni-características, por Máxima Verossimilhança Restrita, utilizando o modelo animal. O teste de adequacidade dos modelos foi seguindo os critérios de Akaike – AIC e as estimações de interesse foram obtidas com a utilização do software AIREMLF90. A identificação dos morfotipos da população na biometria 2, ocorreu através da análise de componentes principais. Para aplicação da MG foram utilizados softwares para fixação de landmarks, e por fim, o Excel. Já para a SM, além do uso de softwares que permitiram a segmentação foi necessário a elaboração de um algoritmo em Python. Para ambas as metodologias, foram considerados 400 animais com média de 12 meses de idade. Na biometria 1, ao considerar o c², as estimativas de h² tenderam à zero e em modelos sem o c² as h² estimadas ficaram próximas à 1, evidenciando confundimento entre o efeito de ambiente comum e genético aditivo. Na biometria 2, as estimativas de h² apresentaram baixa a moderada magnitude. Foram identificados diferentes morfotipos, sendo que o único componente principal significativo (critério de KAISER) contrastava animais grandes e pesados de animais pequenos e leves. Avaliando-se as metodologias para obtenção de medidas, tem-se que ambas retornam resultados condizentes com a literatura, sendo que a SM é mais precisa devido a todos os pixels estarem associados à uma classe. A SM também é a metodologia que apresenta maiores possibilidades de automatização nos estudos morfométricos. A MG se destaca ao permitir estudo de medidas que não possuem bordas visíveis à olho nu e facilidade de obtenção. Para obter as medidas, recomenda-se, controle de luminosidade, presença de objeto de medida conhecida, background de cor contrastante com o peixe e padronização da posição e localização do mesmo na iv foto. Tais resultados indicam que somente aos 12 meses não houve grande impacto do c² e recomenda-se, em programas de melhoramento genético, a adoção de medidas que visam a redução desse efeito. Em relação ao morfotipo, nenhum dos identificados foram significativos. Os resultados obtidos com as imagens segmentadas manualmente indicam que essas podem vir a compor um banco de imagens para testes futuros de automatização e com potencial de atender a objetivos que extrapolam as medições corporais.
To supply the lack of genetic improvement programs for native fish, studies, among others, that show the possibilities of selection of different morphometric characteristics of commercial interest and that help in the elaboration of tools that allow a better exploration of such characteristics are needed. Accordingto that the aim of the present study was to study the heritability (h²) and the effect of common environment (c²) of the morphometric characteristics of the tambaqui; to evaluate the morphotypes present in the population; to compare the methodologies of geometric morphometry (MG) and manual segmentation (SM) to obtain tambaqui body measurements ; to identify the criteria that must be followed to a better obtaining of the images to be worked in such methodologies; and to evaluate the segmented images, aiming at the composition of an image bank for future automated morphometric studies. For the first objective, the photographic records, the reproduction and weight data of the animals that composed the database of the base population of the genetic improvement program of Embrapa Pesca e Aquicultura were considered. The complete database contained 19 full-sib families, with 3,964 animals in identification and with an average of five months of age, 3,569 animals in biometry 1, with an average age of six months and 3,273 animals with an average age of twelve months (biometrics 2). For the other objectives, only data referring to biometrics 2 were considered. To variance components estimation, h² and c², single-characteristic analyzes were performed, by Restricted Maximum Likelihood, using the animal model. The model adequacy test followed the Akaike – AIC criteria and the estimates of interest were obtained using the AIREMLF90 software. The population morphotypes identification in biometry 2 occurred through principal component analysis. For the application of the MG, a software was used to fix reference points and, finally, Excel. For SM, in addition to using software that allowed segmentation, it was necessary to develop an algorithm in Python. For both methodologies, 400 animals with an average age of 12 months were considered. In biometrics 1, when considering the c², the h² estimates tended to zero and in the models without the c², the estimated h² were close to 1, evidencing confusion between the effect of common environment and additive genetics. In biometrics 2, the h² estimates presented low to moderate magnitude. Different morphotypes were identified, with the only significant major component (KAISER criterion) contrasting large and heavy from small and light animals. Evaluating the methodologies for obtaining measurements, both returned results consistent with the literature, and the SM is more accurate, as all pixels are associated with a class. The SM is also the methodology that presents greater possibilities of automation in morphometric studies. The MG stands out for allowing the study of measurements that do not have edges visible to the naked eye and is easy to obtain. To obtain the measurements, it is recommended to control the luminosity, presence of an object of known measurement, background with a contrasting color with the fish and standardization of its position and location in the photo. Such results indicate that only at 12 months there was no great impact of c² and it is recommended, in genetic improvement programs, the adoption of measures aimed to reduce this effect. As for the morphotype, none of those identified were significant. The results obtained with the manually segmented images indicate that they can compose an image bank for future automation tests and with the potential to meet objectives that go beyond body measurements.
To supply the lack of genetic improvement programs for native fish, studies, among others, that show the possibilities of selection of different morphometric characteristics of commercial interest and that help in the elaboration of tools that allow a better exploration of such characteristics are needed. Accordingto that the aim of the present study was to study the heritability (h²) and the effect of common environment (c²) of the morphometric characteristics of the tambaqui; to evaluate the morphotypes present in the population; to compare the methodologies of geometric morphometry (MG) and manual segmentation (SM) to obtain tambaqui body measurements ; to identify the criteria that must be followed to a better obtaining of the images to be worked in such methodologies; and to evaluate the segmented images, aiming at the composition of an image bank for future automated morphometric studies. For the first objective, the photographic records, the reproduction and weight data of the animals that composed the database of the base population of the genetic improvement program of Embrapa Pesca e Aquicultura were considered. The complete database contained 19 full-sib families, with 3,964 animals in identification and with an average of five months of age, 3,569 animals in biometry 1, with an average age of six months and 3,273 animals with an average age of twelve months (biometrics 2). For the other objectives, only data referring to biometrics 2 were considered. To variance components estimation, h² and c², single-characteristic analyzes were performed, by Restricted Maximum Likelihood, using the animal model. The model adequacy test followed the Akaike – AIC criteria and the estimates of interest were obtained using the AIREMLF90 software. The population morphotypes identification in biometry 2 occurred through principal component analysis. For the application of the MG, a software was used to fix reference points and, finally, Excel. For SM, in addition to using software that allowed segmentation, it was necessary to develop an algorithm in Python. For both methodologies, 400 animals with an average age of 12 months were considered. In biometrics 1, when considering the c², the h² estimates tended to zero and in the models without the c², the estimated h² were close to 1, evidencing confusion between the effect of common environment and additive genetics. In biometrics 2, the h² estimates presented low to moderate magnitude. Different morphotypes were identified, with the only significant major component (KAISER criterion) contrasting large and heavy from small and light animals. Evaluating the methodologies for obtaining measurements, both returned results consistent with the literature, and the SM is more accurate, as all pixels are associated with a class. The SM is also the methodology that presents greater possibilities of automation in morphometric studies. The MG stands out for allowing the study of measurements that do not have edges visible to the naked eye and is easy to obtain. To obtain the measurements, it is recommended to control the luminosity, presence of an object of known measurement, background with a contrasting color with the fish and standardization of its position and location in the photo. Such results indicate that only at 12 months there was no great impact of c² and it is recommended, in genetic improvement programs, the adoption of measures aimed to reduce this effect. As for the morphotype, none of those identified were significant. The results obtained with the manually segmented images indicate that they can compose an image bank for future automation tests and with the potential to meet objectives that go beyond body measurements.
Descrição
Palavras-chave
Melhoramento Genético, Peixes tropicais, Testes de interpretação de imagens