Publicación: Caracterización y análisis morfométrico de células reproductivas (ovocitos y espermatocitos) en peces híbridos a partir de métodos de procesamiento digital de imágenes y visión por computador
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Resumen en español
Actualmente la acuicultura se practica en pequeña o gran escala en la mayoría de los países del mundo. Sin embargo, algunos de ellos tienen mayores ventajas que otros debido a razones como la posición geográfica, situación socioeconómica o posición política. La introducción de nuevas especies ícticas dentro de los sistemas naturales, puede repercutir en la estabilidad o dinamismo poblacional dentro ecosistema por pérdida de la biodiversidad biológica y genética. Con el propósitos de estudio, se ha utilizado el método de hibridación para aumentar la producción acuícola, sin embargo, esto conlleva unas consecuencias, los animales obtenidos por método de hibridación presentan una baja probabilidad de reproducirse, y los especímenes obtenidos de reproducción de los híbridos con sus especies nativas, tienden a perder información genética que es vital para el proceso de reproducción. Por lo anterior, surge la necesidad de realizar estudios de maduración gonadal para los ejemplares híbridos y sus parentales mediante cortes histológicos y análisis de imágenes con el objetivo de establecer posibles patrones anatómicos y morfológicos de su biología reproductiva. Mediante procesos de procesamiento digital de imágenes y visión por computador, nuestro objetivo de estudio consistió en el desarrollo de un código abierto para el análisis de imágenes en espermatocitos y ovocitos presentes en la gónada testicular y ovárica respectivamente durante diferentes periodos de tiempo. Los estudios se realizaron en el híbrido Rayaque (Pseudoplatystoma metaense x Leiarius marmoratus) y sus parentales. Se digitalizaron 60 imágenes en total para los ejemplares machos, de los cuales 43 corresponden al híbrido, 7 para P. metaense y 6 para L. marmoratus. Los espermatocitos totales evaluados fueron 3443, 293 y 180 respectivamente. Por otro lado, se analizaron 74 imágenes de histología gonadal en hembras, 43 corresponden a híbridos, 7 para P. metaense y 5 para L. marmoratus. Para cada una de las imágenes procesadas se realizó una caracterización morfométrica y análisis estadístico cuantitativo de los gametos sexuales por medio de métodos de procesamiento digital de imágenes, segmentación basada en regiones y extracción de descriptores (color y forma) para determinar características visuales y morfométricas de maduración en los gametos (e.g. características de los núcleos como el tamaño, entre otros), que cambian de un instante de tiempo a otro. Para ello, este proyecto tuvo como resultado el desarrollo de un método automático (Especímenes machos) y otro semiautomático (Especímenes hembras) para el procesamiento de las imágenes digitales de histología de los órganos sexuales de peces híbridos de “P. metaense” y “L. marmoratus” para la detección de ovocitos y espermatozoides, con el fin de extraer sus características morfométricas para el análisis estadístico temporal del proceso de maduración de los mismos como apoyo a la investigación en reproducción en peces.
Resumen en inglés
Aquaculture is currently practiced on a small or large scale in most countries of the world. However, some of them have greater advantages than others due to reasons such as geographical position, socioeconomic situation or political position. The introduction of new fish species into natural systems can have repercussions on the stability or population dynamics within ecosystems due to the loss of biological and genetic biodiversity. For the purposes of study, the method of hybridization has been used to increase aquaculture production, however, this has some consequences, animals obtained by hybridization method have a low probability of reproduction, and specimens obtained from reproduction of hybrids with their native species, tend to lose genetic information that is vital to the reproduction process. Therefore, it is necessary to carry out studies of gonadal maturation for hybrid specimens and their parents by means of histological cuts and image analysis with the aim of establishing possible anatomical and morphological patterns of their reproductive biology. By means of digital image processing and computer vision processes, our study objective consisted in the development of an open code for the analysis of images in sperm and oocytes present in the testicular and ovarian gonad respectively during different periods of time. The studies were performed on the hybrid Rayaque (Pseudoplatystoma metaense x Leiarius marmoratus) and its parents. A total of 60 images were digitized for the male specimens, of which 43 correspond to the hybrid, 7 for P. metaense and 6 for L. marmoratus. Total spermatozoa evaluated were 3443, 293 and 180 respectively. On the other hand, 74 images of gonadal histology in females were analyzed, 43 correspond to hybrids, 7 for P. metaense and 5 for L. marmoratus. For each of the processed images, a morphometric characterization and quantitative statistical analysis of the sexual gametes was performed by means of digital image processing methods, region-based segmentation, and extraction of descriptors (color and shape) to determine visual and morphometric characteristics of maturation in the gametes (e.g. characteristics of the nuclei such as size, among others), which change from one instant of time to another. For this purpose, this project resulted in the development of an automatic method (male specimens) and a semi-automatic one (female specimens) for the processing of digital histology images of the sexual organs of hybrid fishes of "P. metaense" and "L. marmoratus" for the detection of oocytes and spermatozoa, in order to extract their morphometric characteristics for the temporal statistical analysis of their maturation process as a support to research in fish reproduction.