Modeling genetic benefits and financial costs of integrating biobanking into the conservation breeding of managed marsupials

Conserv Biol. 2023 Apr;37(2):e14010. doi: 10.1111/cobi.14010. Epub 2023 Mar 20.

Abstract

Managed breeding programs are an important tool in marsupial conservation efforts but may be costly and have adverse genetic effects in unavoidably small captive colonies. Biobanking and assisted reproductive technologies (ARTs) could help overcome these challenges, but further demonstration of their potential is required to improve uptake. We used genetic and economic models to examine whether supplementing hypothetical captive populations of dibblers (Parantechinus apicalis) and numbats (Myrmecobius fasciatus) with biobanked founder sperm through ARTs could reduce inbreeding, lower required colony sizes, and reduce program costs. We also asked practitioners of the black-footed ferret (Mustela nigripes) captive recovery program to complete a questionnaire to examine the resources and model species research pathways required to develop an optimized biobanking protocol in the black-footed ferret. We used data from this questionnaire to devise similar costed research pathways for Australian marsupials. With biobanking and assisted reproduction, inbreeding was reduced on average by between 80% and 98%, colony sizes were on average 99% smaller, and program costs were 69- to 83-fold lower. Integrating biobanking made long-standing captive genetic retention targets possible in marsupials (90% source population heterozygosity for a minimum of 100 years) within realistic cost frameworks. Lessons from the use of biobanking technology that contributed to the recovery of the black-footed ferret include the importance of adequate research funding (US$4.2 million), extensive partnerships that provide access to facilities and equipment, colony animals, appropriate research model species, and professional and technical staff required to address knowledge gaps to deliver an optimized biobanking protocol. Applied research investment of A$133 million across marsupial research pathways could deliver biobanking protocols for 15 of Australia's most at-risk marsupial species and 7 model species. The technical expertise and ex situ facilities exist to emulate the success of the black-footed ferret recovery program in threatened marsupials using these research pathways. All that is needed now for significant and cost-effective conservation gains is greater investment by policy makers in marsupial ARTs.

Los programas de reproducción controlada son una herramienta importante para los esfuerzos de conservación de marsupiales, aunque pueden resultar costosos y tener efectos genéticos adversos en las colonias cautivas incapaces de aumentar en tamaño. Los biobancos y las tecnologías de reproducción asistida (TRA) podrían ayudar a superar estos problemas, pero es necesario seguir demostrando su potencial para mejorar su adopción. Utilizamos modelos genéticos y económicos para analizar si la introducción de esperma fundador proveniente de biobancos mediante tecnologías de reproducción asistida a poblaciones cautivas hipotéticas de los marsupiales Parantechinus apicalis y Myrmecobius fasciatus podría reducir la endogamia, disminuir el tamaño efectivo de las colonias y reducir el costo de los programas. También pedimos a los profesionales del programa de recuperación en cautiverio del hurón de patas negras (Mustella nigripes) que respondieran un cuestionario para analizar los recursos y los métodos de investigación de las especies modelo necesarias para desarrollar un protocolo de biobanco optimizado para el hurón de patas negras. Utilizamos los datos de este cuestionario para diseñar métodos de investigación con costos similares para los marsupiales australianos. Con el biobanco y la reproducción asistida, la endogamia se redujo en promedio entre un 80 y un 98%, el tamaño de las colonias fue en promedio un 99% más pequeño y los costos del programa entre 69 y 83 veces menores. La integración del biobanco posibilitó los objetivos de retención genética en cautiverio a largo plazo en marsupiales (90% de heterocigosidad de la población de origen durante un mínimo de 100 años) dentro de un marco realista de costos. Entre el aprendizaje extraído del uso de la tecnología de biobancos que contribuyó a la recuperación del hurón de patas negras figuran la importancia de una financiación adecuada de la investigación (4.2 millones de dólares), colaboraciones profundas que faciliten el acceso a instalaciones y equipos, colonias de animales, especies modelo adecuadas para la investigación y el personal profesional y técnico necesario para abordar las lagunas de conocimiento y ofrecer un protocolo optimizado para los biobancos. Una inversión en investigación aplicada de 133 millones de dólares australianos para la investigación de los marsupiales podría proporcionar protocolos de biobancos para 15 de las especies de marsupiales australianos en mayor riesgo y 7 especies modelo. Existen los conocimientos técnicos y las instalaciones ex situ para emular el éxito del programa de recuperación del hurón de patas negras en marsupiales amenazados utilizando estas vías de investigación. Ahora sólo se necesita una mayor inversión por parte de los responsables políticos de las TRA para marsupiales para obtener beneficios de conservación significativos y rentables.

管理繁殖计划是有袋类动物保护工作中的重要工具, 但可能产生很高成本, 且在不可避免的圈养小种群中产生负面遗传影响。生物库和辅助生殖技术可以帮助克服这些挑战, 但仍需要进一步证明其潜力以推动其应用。本研究使用遗传和经济模型来研究通过辅助生殖技术用生物库中建群者的精子来补充斑袋鼬(Parantechinus apicalis)和袋食蚁兽(Myrmecobius fasciatus)的模拟圈养种群, 是否能减少近交、降低所需的群体大小, 并降低项目成本。我们还要求参与黑足鼬(Mustella nigripes)圈养恢复计划的实践者完成了一份调查问卷, 以分析开发黑足鼬优化生物库方法所需的资源和模式物种研究途径。我们利用这项调查的数据为澳大利亚有袋类动物设计了类似成本的研究途径。研究发现, 通过生物库和辅助生殖技术, 可以使近交平均减少80-98%, 群体大小平均减少99%, 项目成本降低69-83倍。在现实成本框架内, 纳入生物库可以使有袋类动物的长期圈养遗传保种目标成为可能(在至少100年内保留90%的源种群杂合度)。使用生物库技术促进黑足鼬恢复的经验教训包括:充足的研究资金(420万美元)、提供设施和设备的广泛合作关系、动物群体、合适的研究模式物种, 以及填补知识空缺并提供优化生物库方法所需专家和技术人员的重要性。对有袋类动物研究途径进行1.33亿澳元的应用研究投资, 可以为澳大利亚15个最濒危的有袋类物种和7个模式物种建立生物库方法。利用这些研究途径, 技术专家及异地设施可以帮助在受威胁的有袋类动物中模仿已获成功的黑足鼬恢复计划。现在需要的是政策制定者对有袋类动物辅助生殖技术进行更多的投资, 以产出重要且具有成本效益的保护成果。【翻译:胡怡思;审校:聂永刚】.

Keywords: artificial reproductive technologies; banca de recursos genómicos; captive survival-assurance colonies; colonias cautivas con garantía de supervivencia; criopreservación; cryopreservation; fertilización in vitro; genome resource banking; heterocigosidad; heterozygosity; in vitro fertilization; tecnologías de reproducción artificial; 人工繁殖技术; 体外受精; 冷冻保存; 圈养保种种群; 基因组资源库; 杂合度.

Publication types

  • Research Support, Non-U.S. Gov't

MeSH terms

  • Animals
  • Australia
  • Biological Specimen Banks
  • Conservation of Natural Resources*
  • Ferrets
  • Male
  • Marsupialia* / genetics
  • Semen