RU2312495C2 - Method for obtaining unisexual female offspring in sturgeon fish - Google Patents

Method for obtaining unisexual female offspring in sturgeon fish Download PDF

Info

Publication number
RU2312495C2
RU2312495C2 RU2005139936/13A RU2005139936A RU2312495C2 RU 2312495 C2 RU2312495 C2 RU 2312495C2 RU 2005139936/13 A RU2005139936/13 A RU 2005139936/13A RU 2005139936 A RU2005139936 A RU 2005139936A RU 2312495 C2 RU2312495 C2 RU 2312495C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fish
females
gynogenetic
female
eggs
Prior art date
Application number
RU2005139936/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005139936A (en
Inventor
Виктор Павлович Васильев (RU)
Виктор Павлович Васильев
Екатерина Денисовна Васильева (RU)
Екатерина Денисовна Васильева
Александр Витальевич Рекубратский (RU)
Александр Витальевич Рекубратский
Дмитрий Сергеевич Павлов (RU)
Дмитрий Сергеевич Павлов
Original Assignee
Виктор Павлович Васильев
Екатерина Денисовна Васильева
Александр Витальевич Рекубратский
Дмитрий Сергеевич Павлов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Павлович Васильев, Екатерина Денисовна Васильева, Александр Витальевич Рекубратский, Дмитрий Сергеевич Павлов filed Critical Виктор Павлович Васильев
Priority to RU2005139936/13A priority Critical patent/RU2312495C2/en
Publication of RU2005139936A publication Critical patent/RU2005139936A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2312495C2 publication Critical patent/RU2312495C2/en

Links

Landscapes

  • Farming Of Fish And Shellfish (AREA)

Abstract

FIELD: genomic engineering, pisciculture.
SUBSTANCE: the present innovation deals with induction of embryonic gynogenetic development due to inseminating ovicells with genetically inactivated sperm. Moreover, induction should be applied for ovicells of the females in the hybrids of phylogenetically distant species. Such females are able to produce unreduced diploid ovicells which are genetically identical to maternal ones. The innovation enables to create clonally reproducing female lines of sturgeon fish, (unisexual female offspring) in fish with different mechanisms of sex detection, the case when the mechanism is unknown, among them. Also, it gives the chance to considerably reduce expenses at forming a spawning school.
EFFECT: higher efficiency.
1 ex

Description

Изобретение относится к геномной инженерии в области рыбоводства и, в частности, направлено на решение проблемы регуляции пола у осетровых рыб, продуцентов ценного пищевого продукта - черной икры.The invention relates to genomic engineering in the field of fish farming and, in particular, is aimed at solving the problem of sex regulation in sturgeons, producers of a valuable food product - black caviar.

В условиях резкого сокращения естественных популяций осетровых рыб современное осетроводство ориентировано в основном на получение икры и потомства с целью их коммерческой реализации. Позднее созревание осетровые рыб (7-15 лет) и невозможность определить пол вплоть до возраста полового созревания влечет за собой непроизводительные затраты выростных площадей, кормов, энергии и труда, т.к. самцы составляют около 50% стада. В связи с этим весьма актуальным является получение однополо-женского потомства у осетровых рыб, позволяющее решить проблему массового производства осетровой икры.In the conditions of a sharp reduction in the natural populations of sturgeon fish, modern sturgeon breeding is mainly focused on obtaining eggs and offspring with a view to their commercial sale. Late maturity of sturgeon fish (7-15 years) and the inability to determine sex up to the age of puberty entail unproductive costs of growing areas, feed, energy and labor, because males make up about 50% of the herd. In this regard, it is very important to obtain homosexual offspring from sturgeons, which allows to solve the problem of mass production of sturgeon caviar.

Известны два подхода, с помощью которых можно регулировать пол у рыб: гормональная регуляция и генетическая регуляция (Кирпичников B.C. Генетика и селекция рыб. Л.: Наука, 1987, 520 с.). Первый подход заключается в изменении полового состава в потомстве рыб с помощью воздействия на них половыми гормонами. Второй подход включает манипуляции с геномами рыб, в том числе метод индуцированного гиногенеза.Two approaches are known that can be used to control the sex of fish: hormonal regulation and genetic regulation (B. Kirpichnikov, Genetics and fish breeding. L .: Nauka, 1987, 520 pp.). The first approach is to change the sexual composition in the offspring of fish by exposing them to sex hormones. The second approach involves manipulating fish genomes, including the method of induced gynogenesis.

Известен способ получения однополо-женского потомства у осетровых рыб путем гормональной регуляции пола (Omoto H, Maebayashi M., Mitsuhashi E., Yoshitomi К., Adachi Sh., Yamauchi К. Effects of estradiol-17β and 17α-methyltestosterone on gonadal sex differentiation in the F2 hybrid sturgeon, the bester // Fisheries Sciences. 2002. Vol.68. No 5. P.1047-1054). Способ заключается в том, что в определенный период развития на рыб воздействуют женскими половыми гормонами - эстрогенами. Такое воздействие приводит к феминизации самцов, т.е. развитию у них вместо семенников женских половых желез - яичников. В известном способе молоди бестера (гибриды между белугой, Huso huso и стерлядью, Acipenser ruthenus) скармливали корм, содержащий женский половой гормон эстрадиол. В результате было получено потомство, которое на 95% состояло из самок. Недостатками способа являются: невозможность получения инверсии пола у всех особей; угнетение репродуктивной функции у генотипических самок и возникновение самцов интерсексов (гермафродитов) под воздействием гормонов; кроме того, воздействию необходимо подвергать каждое новое поколение рыб. В связи с этим более перспективным представляется направление генетической регуляции пола.There is a method of producing same-sex offspring in sturgeon by hormonal regulation of sex (Omoto H, Maebayashi M., Mitsuhashi E., Yoshitomi K., Adachi Sh., Yamauchi K. Effects of estradiol-17β and 17α-methyltestosterone on gonadal sex differentiation in the F 2 hybrid sturgeon, the bester // Fisheries Sciences. 2002. Vol. 68. No. 5. P.1047-1054). The method consists in the fact that at a certain period of development, fish are affected by female sex hormones - estrogens. Such an effect leads to the feminization of males, i.e. the development of the ovaries instead of the testes of the female sex glands. In a known method, juvenile bester (hybrids between beluga, Huso huso and sterlet, Acipenser ruthenus) fed food containing the female sex hormone estradiol. As a result, offspring were obtained, which 95% consisted of females. The disadvantages of the method are: the inability to obtain sex inversion in all individuals; inhibition of reproductive function in genotypic females and the emergence of male intersex (hermaphrodites) under the influence of hormones; In addition, each new generation of fish must be exposed. In this regard, the direction of genetic regulation of sex seems more promising.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения однополо-женского потомства американского веслоноса, Polyodon spatula, относящегося к семейству Веслоносы, отряду Осетрообразные (Mims S. Aquaculture of paddlefish in the United States // Aquat. Living Resour. 2001. Vol 14. P.391-398).The closest analogue of the claimed invention is a method for producing same-sex offspring of the American paddlefish, Polyodon spatula, belonging to the family Paddlefish, order Sturgeon-like (Mims S. Aquaculture of paddlefish in the United States // Aquat. Living Resour. 2001. Vol 14. P. 391-398).

Известный способ включает в себя три этапа: индукцию гиногенетического развития эмбрионов путем оплодотворения яйцеклеток генетически инактивированной спермой, гормональную инверсию пола полученных гиногенетических самок и скрещивание самцов-инверсантов с обычными самками для получения однополо-женского потомства.The known method includes three stages: induction of the gynogenetic development of embryos by fertilizing the eggs with genetically inactivated sperm, hormonal inversion of the sex of the obtained gynogenetic females and mating of male inverters with ordinary females to obtain homosexual offspring.

Индукцию гиногенетического развития эмбрионов у веслоноса проводили с помощью активации яйцеклеток УФ-облученной гетерологичной спермой с последующей диплоидизацией эмбрионов тепловым шоком, который способствовал возвращению второго направительного тельца. Затем гиногенетическим особям в возрасте 20 недель были имплантированы полунепроницаемые капсулы, содержащие метилтестостерон. Все гиногенетические особи, не подвергавшиеся гормональному воздействию, оказались самками. Около 90% генотипических самок были инвертированы в самцов. В настоящее время выращивается потомство от скрещивания самцов-инверсантов с обычными самками. Есть все основания полагать, что это потомство будет состоять только из самок.Induction of the gynogenetic development of embryos in the paddlefish was carried out by activating the eggs with UV-irradiated heterologous sperm, followed by diploidization of the embryos by heat shock, which facilitated the return of the second guide body. Then, semi-impermeable capsules containing methyltestosterone were implanted to gynogenetic individuals at the age of 20 weeks. All gynogenetic individuals not subjected to hormonal effects turned out to be females. About 90% of genotypic females were inverted to males. Offspring are currently being raised from crossbreeding males with normal females. There is every reason to believe that this offspring will consist only of females.

Данный метод получения однополо-женского потомства может быть реализован только у видов рыб с женской гомогаметностью (в генотипе самки имеются две одинаковые половые хромосомы - XX) и мужской гетерогаметностью (в генотипе самцов имеются две разные половые хромосомы - Х и Y).This method of obtaining homosexual progeny can be implemented only in fish species with female homogameticity (in the female genotype there are two identical sex chromosomes - XX) and male heterogameticity (in the male genotype there are two different sex chromosomes - X and Y).

Механизм получения однополо-женского потомства известным способом заключается в следующем.The mechanism for obtaining same-sex offspring in a known manner is as follows.

Индуцированный гиногенез - это метод, при котором получают потомство, развитие которого осуществляется только за счет хромосомного набора яйцеклетки. Для исключения из развития мужского набора хромосом сперматозоиды подвергают генетической инактивации с помощью ионизирующего или ультрафиолетового облучения. Облученные сперматозоиды лишь активируют яйцеклетки к развитию, но их хромосомные наборы в развитии гиногенетических зародышей не участвуют.Induced gynogenesis is a method in which offspring are obtained, the development of which is carried out only due to the chromosome set of an egg. To exclude the development of the male set of chromosomes, sperm are genetically inactivated by ionizing or ultraviolet radiation. Irradiated sperm cells only activate the eggs to development, but their chromosome sets do not participate in the development of gynogenetic embryos.

Гиногенетические зародыши имеют гаплоидный набор хромосом - редуцированное в процессе мейоза количество аутосом и одну Х хромосому. Гаплоиды у рыб не могут нормально развиваться и погибают в ходе эмбриогенеза или вскоре после вылупления предличинок. Диплоидизацию гиногенетических гаплоидов проводят с помощью подавления второго деления мейоза, подвергая ранних зародышей температурному шоку, который вызывает объединение гаплоидных хромосомных наборов яйцеклетки и второго направительного тельца. При этом восстанавливается диплоидный набор аутосом и половых хромосом. Поскольку при женской гомогаметности половые хромосомы одинаковые, все гиногенетические диплоидные особи имеют одинаковый набор половых хромосом - XX. Таким образом, у видов рыб с женской гомогаметностью диплоидное гиногенетическое потомство представлено только самками (XX). Однако при диплоидизации за счет объединения двух дочерних наборов хромосом почти все гены гиногенетических особей переходят в гомозиготное состояние, что проявляется в значительном снижении жизнеспособности и плодовитости гиногенетических рыб (инбредная депрессия). Многие самки оказываются полностью стерильными, а фертильные продуцируют небольшое количество икры. Для икряного рыбоводства гиногенетические самки непригодны. Поэтому гиногенетическое потомство, состоящее из самок, используют для превращения их в самцов, подвергая воздействию мужских половых гормонов, андрогенов. При этом происходит маскулинизация самок - у них вместо яичников развиваются семенники. Отличие таких самцов-инверсантов XX от обычных самцов XY состоит в том, что все продуцируемые ими сперматозоиды имеют только половую хромосому X. Самцов-инверсантов XX используют для скрещивания с обычными самками XX и получают потомство, представленное только самками. Однополо-женское потомство, полученное в этом случае, имеет уже нормальный уровень гетерозиготности и, следовательно, нормальную жизнеспособность и плодовитость.Gynogenetic embryos have a haploid set of chromosomes - the number of autosomes reduced during meiosis and one X chromosome. Haploids in fish cannot develop normally and die during embryogenesis or shortly after hatching of larvae. Diploidization of gynogenetic haploids is carried out by suppressing the second division of meiosis, exposing the early embryos to temperature shock, which causes the union of the haploid chromosome sets of the egg and the second guide body. In this case, the diploid set of autosomes and sex chromosomes is restored. Since sex chromosomes are the same with female homogametism, all gynogenetic diploid individuals have the same set of sex chromosomes - XX. Thus, in fish species with female homogameticity, diploid gynogenetic offspring are represented only by females (XX). However, during diploidization due to the combination of two daughter sets of chromosomes, almost all genes of gynogenetic individuals turn into a homozygous state, which is manifested in a significant decrease in the viability and fecundity of gynogenetic fish (inbred depression). Many females are completely sterile, and fertile ones produce a small amount of eggs. Gynogenetic females are unsuitable for caviar fish farming. Therefore, gynogenetic offspring, consisting of females, are used to turn them into males, exposing them to male sex hormones, androgens. In this case, masculinization of females occurs - they develop testes instead of ovaries. The difference between such male inverters XX from ordinary males XY is that all sperm produced by them have only the sex chromosome X. Male inverters XX are used for interbreeding with ordinary females XX and produce offspring represented only by females. The same-sex offspring obtained in this case already have a normal level of heterozygosity and, therefore, normal vitality and fecundity.

К недостаткам данного метода следует отнести его трудоемкость и необходимость применять к зародышам и рыбам множество воздействий (температурный шок, гормональная обработка).The disadvantages of this method include its complexity and the need to apply many effects to embryos and fish (temperature shock, hormonal processing).

Существенное ограничение на данный метод накладывает то обстоятельство, что он применим только к видам рыб, имеющим женскую гомогаметность. Между тем пол у многих видов рыб определяется другим механизмом. Самки таких видов имеют не одинаковые, а разные половые хромосомы (W и Z), а самцы - наоборот, одинаковые (ZZ). Женская гетерогаметность WZ приводит к тому, что диплоидное гиногенетическое потомство состоит из рыб с разными половыми генотипами: WZ - самки, ZZ - самцы и WW. Пол рыб с генотипом WW пока достоверно неизвестен. Разнородность полового состава гиногенетического потомства не позволяет использовать его для получения однополо-женского потомства известным способом.A significant limitation on this method is imposed by the fact that it is applicable only to fish species having female homogameticity. Meanwhile, the sex of many fish species is determined by a different mechanism. Females of these species have not the same, but different sex chromosomes (W and Z), and males, on the contrary, are the same (ZZ). Female heterogameticity of WZ leads to the fact that diploid gynogenetic offspring consists of fish with different sexual genotypes: WZ - females, ZZ - males and WW. The sex of fish with the WW genotype is still reliably unknown. The heterogeneity of the sexual composition of gynogenetic offspring does not allow using it to obtain homosexual offspring in a known manner.

Американский веслонос, имеющий женскую гомогаметность, принадлежит к семейству Polyodontidae, а все остальные осетровые рыбы - продуценты черной икры (белуга, севрюга, осетры) - к семейству Acipenseridae. Показано, что один из представителей семейства Acipenseridae, белый осетр (Acipenser transmontanus), имеет женскую гетерогаметность (Van Eenennaam A.L., Van Eenennaam J.P., Medrano J.F., Doroshov S.I. Evidence of female hetero-gametic genetic sex determination in white sturgeon // J. Hered. 1999b. V.90. P.231-233). Механизм определения пола у остальных видов осетровых рыб пока не изучен.The American paddlefish, with female homogameticity, belongs to the Polyodontidae family, and all other sturgeons are producers of black caviar (beluga, stellate sturgeon, sturgeon) - to the Acipenseridae family. It was shown that one of the representatives of the Acipenseridae family, the white sturgeon (Acipenser transmontanus), has female heterogeneity (Van Eenennaam AL, Van Eenennaam JP, Medrano JF, Doroshov SI Evidence of female hetero-gametic genetic sex determination in white sturgeon // J. Hered 1999b. V.90. P.231-233). The mechanism for determining sex in other sturgeon species has not yet been studied.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании клонально размножающихся линий самок осетровых рыб, что позволяет получать однополо-женское потомство у рыб с любым механизмом определения пола, в том числе и тогда, когда механизм неизвестен, и дает возможность существенно сократить затраты при формировании маточного стада.The technical result of the invention consists in the creation of clonally breeding lines of female sturgeon fish, which makes it possible to obtain homosexual offspring in fish with any sex determination mechanism, including when the mechanism is unknown, and makes it possible to significantly reduce costs in the formation of broodstock.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения однополо-женского потомства у осетровых рыб, включающем индукцию гиногенетического развития эмбрионов путем оплодотворения яйцеклеток генетически инактивированной спермой, особенность заключается в том, что индукция гиногенетического развития применяется к яйцеклеткам самок гибридов филогенетически удаленных видов, способных продуцировать нередуцированные диплоидные яйцеклетки, генетически идентичные матери.The indicated technical result is achieved by the fact that in the method for producing homosexual offspring in sturgeon fish, including the induction of the gynogenetic development of embryos by fertilizing the eggs with genetically inactivated sperm, the peculiarity is that the induction of gynogenetic development is applied to the eggs of female hybrids of phylogenetically distant species capable of producing unreduced diploid eggs, genetically identical to the mother.

Явление нередукции яйцеклеток известно у многих видов (естественных форм) рыб (Васильев В.П. Эволюционная кариология рыб. М.: Наука, 1985, 301 с.). Все эти формы имеют гибридное происхождение. Размножаются такие формы с помощью естественного гиногенеза, т.е. в их яйцеклетках имеется возникший в ходе эволюции специальный цитоплазматический механизм, который исключает мужской набор хромосом из развития. Диплоидность яйцеклеток обусловливает нормальное развитие гиногенетических особей.The phenomenon of egg reduction is known in many species (natural forms) of fish (Vasiliev V.P. Evolutionary fish karyology. M: Nauka, 1985, 301 pp.). All of these forms are of hybrid origin. Such forms reproduce by natural gynogenesis, i.e. their eggs contain a special cytoplasmic mechanism that arose during evolution, which excludes the male set of chromosomes from development. Diploidy of the eggs determines the normal development of gynogenetic individuals.

Диплоидность яйцеклеток у естественных гибридов и их гиногенетических потомков обусловлена особой трансформацией мейоза, которая заключается в том, что еще до начала первого мейотического деления в хромосомах протекает дополнительная репликация ДНК (эндоредупликация), в результате чего число хромосом удваивается. В связи с этим в первом делении мейоза конъюгация и рекомбинация протекают не между гомологичными, а генетически идентичными сестринскими хромосомами. Кроме диплоидности генетическим следствием такой трансформации мейоза является то, что все созревшие яйцеклетки изогенны и тождественны генотипу матери. Этим они отличаются от обычных рыб, мейотическая рекомбинация у которых приводит к генетическому разнообразию (изменчивости) продуцируемых яйцеклеток. Явление нередукции яйцеклеток возникает не у всяких гибридов, а только в случае определенной (не слишком большой и не слишком малой) филогенетической удаленности видов, составляющих гибридную комбинацию.Egg diploidy in natural hybrids and their gynogenetic descendants is due to a special transformation of meiosis, which consists in the fact that even before the first meiotic division begins, additional DNA replication (endoreduplication) occurs in the chromosomes, as a result of which the number of chromosomes doubles. In this regard, in the first division of meiosis, conjugation and recombination occur not between homologous, but genetically identical sister chromosomes. In addition to diploidy, the genetic consequence of such a transformation of meiosis is that all mature eggs are isogenic and identical to the mother’s genotype. In this they differ from ordinary fish, meiotic recombination in which leads to the genetic diversity (variability) of the produced eggs. The phenomenon of egg reduction does not occur in all hybrids, but only in the case of a certain (not too large and not too small) phylogenetic remoteness of the species that make up the hybrid combination.

Изогенность яйцеклеток, их тождественность материнскому генотипу и наличие у них механизма инактивации хромосомного набора спермия (естественный гиногенез) приводит к тому, что все особи, развивающиеся из таких яйцеклеток, представляют собой своеобразный клон, воспроизводящий генотип матери, т.е. имеет место клональное наследование. Поэтому этот клон состоит только из самок и является, таким образом, однополо-женским. Половой состав потомства в этом случае не зависит от женской гомо- или гетерогаметности.The isogenicity of the eggs, their identity to the maternal genotype and the presence of a mechanism for inactivation of the sperm chromosome set (natural gynogenesis) leads to the fact that all individuals developing from such eggs are a kind of clone reproducing the mother’s genotype, i.e. clonal inheritance takes place. Therefore, this clone consists only of females and is, therefore, same-sex. The sexual composition of the offspring in this case does not depend on female homo- or hetero-gamety.

Предварительными исследованиями установлено, что некоторые искусственные гибриды филогенетически удаленных видов осетровых рыб также способны к аналогичной трансформации мейоза, при котором гибридные самки с большей или меньшей частотой продуцируют нередуцированные диплоидные яйцеклетки, генетически идентичные матери. Поэтому в заявляемом способе получения однополо-женского потомства у осетровых рыб индукция гиногенетического развития применяется к яйцеклеткам самок гибридов филогенетически удаленных видов. При осеменении таких яйцеклеток генетически инактивированной (облученной) спермой полученное потомство представляет собой тождественный матери клон, а следовательно, все рыбы в потомстве являются самками.Preliminary studies have found that some artificial hybrids of phylogenetically distant sturgeon species are also capable of a similar transformation of meiosis, in which hybrid females produce more or less unreduced diploid eggs that are genetically identical to mothers. Therefore, in the inventive method for producing same-sex offspring in sturgeon fish, the induction of gynogenetic development is applied to the eggs of female hybrids of phylogenetically distant species. When these eggs are inseminated with genetically inactivated (irradiated) sperm, the resulting offspring is identical to the mother clone, and therefore all fish in the offspring are females.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить клонально размножающиеся линии самок осетровых рыб независимо от механизма определения пола. Это дает возможность формирования маточного стада, состоящего из одних самок, с целью дальнейшего массового получения осетровой икры. При этом отпадает необходимость идентификации пола, применения к зародышам и рыбам таких воздействий, как температурный шок, гормональная обработка, и сокращаются затраты на выращивание самцов. Получение именно клонально размножающихся линий самок имеет еще и то преимущество, что при клонировании первого поколения гибридов все последующие поколения генетически идентичны первому, сохраняя его рыбохозяйственные показатели, тогда как обычно гибриды осетровых наиболее продуктивны в первом поколении, а в последующих поколениях их продуктивность снижается. Кроме того, при использовании предлагаемого способа решается проблема биобезопасности, т.к. в случае попадания клональных гибридных самок в естественные водоемы и их скрещиваний с близкими чистыми видами потомство окажется триплоидным и поэтому стерильным.Thus, the inventive method allows to obtain clonally propagating lines of female sturgeon fish, regardless of the sex determination mechanism. This makes it possible to form the broodstock, consisting of only females, with the aim of further mass production of sturgeon caviar. At the same time, there is no need to identify the sex, apply effects such as temperature shock, hormonal processing to the embryos and fish, and the costs of raising males are reduced. Obtaining clonal breeding lines of females also has the advantage that, when cloning the first generation of hybrids, all subsequent generations are genetically identical to the first, preserving its fishery indicators, while usually sturgeon hybrids are most productive in the first generation, and their productivity decreases in subsequent generations. In addition, when using the proposed method solves the problem of biosafety, because in the case of clonal hybrid females getting into natural water bodies and their crosses with close pure species, the offspring will be triploid and therefore sterile.

Таким образом, совокупность отличительных признаков обеспечивает достижение указанного технического результата.Thus, the combination of distinctive features ensures the achievement of the specified technical result.

В результате проведения анализа уровня техники не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».As a result of the analysis of the prior art, no analogues are found that are characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Новая совокупность признаков обеспечивает достижение нового технического результата и не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку никогда ранее у осетровых рыб и в целом у позвоночных животных не было искусственно получено однополо-женское потомство путем клонирования самок с неизвестным механизмом определения пола. Таким образом, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».The new set of characters ensures the achievement of a new technical result and does not follow explicitly from the prior art for a specialist, since never before the same time, sturgeon fish and vertebrate animals in general have artificially obtained same sex offspring by cloning females with an unknown sex determination mechanism. Thus, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного технического результата.Information confirming the possibility of carrying out the invention with the receipt of the specified technical result.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Получают гибриды осетровых рыб филогенетически отдаленных видов, самки которых способны продуцировать диплоидные нередуцированные яйцеклетки. При этом выбирают таких гибридных самок, икра которых крупнее, чем обычная (диплоидные яйцеклетки крупнее гаплоидных), или же состоит из смеси крупных (диплоидных) и мелких (гаплоидных) яйцеклеток. Облучают спермии одного из родительских видов или самца гибрида ионизирующей или УФ-радиацией в дозе, вызывающей полную генетическую инактивацию всех спермиев. Осеменяют яйцеклетки гибридов облученной спермой. При этом происходит индукция гиногенетического развития эмбрионов. Применения температурного шока для диплоидизации гиногенетических гаплоидных зародышей не требуется, так как яйцеклетки, в которых произошла премейотическая эндоредупликация хромосом, уже диплоидны. Подавляющее большинство гиногенетических эмбрионов, развивающихся из редуцированных яйцеклеток, останутся гаплоидами и погибнут. Таким образом, по выходу жизнеспособных гиногенетических личинок можно судить о частоте эндоредупликации у данной гибридной комбинации и у данной гибридной самки.Hybrids of sturgeon fishes of phylogenetically distant species are obtained, the females of which are capable of producing diploid unreduced eggs. At the same time, hybrid females are chosen whose eggs are larger than usual (diploid eggs are larger than haploids), or consist of a mixture of large (diploid) and small (haploid) eggs. The sperm of one of the parent species or the male hybrid is irradiated with ionizing or UV radiation in a dose that causes complete genetic inactivation of all sperm. The eggs of hybrids are seeded with irradiated sperm. In this case, the induction of the gynogenetic development of the embryos occurs. The use of temperature shock for the diploidization of gynogenetic haploid embryos is not required, since the eggs in which the premeiotic chromosome endoreduplication has occurred are already diploid. The vast majority of gynogenetic embryos developing from reduced eggs will remain haploids and die. Thus, by the yield of viable gynogenetic larvae, one can judge the frequency of endoreduplication in this hybrid combination and in this hybrid female.

Диплоидные жизнеспособные гиногенетические личинки могут возникнуть двумя путями: за счет спонтанного подавления второго деления мейоза или за счет диплоидности яйцеклеток, обусловленной эндоредупликацией ДНК. Доказано, что частота появления личинок за счет спонтанного подавления второго деления мейоза у осетровых рыб очень мала и составляет около 0.1% (Рекубратский А.В., Грунина А.С., Барминцев В.А., Голованова Т.С., Чудинов О.С., Абрамова А.Б., Панченко Н.С., Купченко С.А. Мейотический гиногенез у севрюги, русского осетра и стерляди // Онтогенез. 2003. Т.32. №2. С.121-131). Эти личинки не будут изогенными и могут отличаться от самки по индивидуальным генетическим характеристикам. Они могут развиться как в самок, так и самцов. Личинки, возникшие за счет диплоидности яйцеклеток, обусловленной эндоредупликацией ДНК, представляют собой клон, генетически тождественный матери. Из них могут развиться только самки.Diploid viable gynogenetic larvae can arise in two ways: due to spontaneous suppression of the second division of meiosis or due to diploidy of the oocytes due to DNA endoreduplication. It is proved that the frequency of larvae appearance due to spontaneous suppression of the second division of meiosis in sturgeon fishes is very small and amounts to about 0.1% (Rekubratsky A.V., Grunina A.S., Barmintsev V.A., Golovanova T.S., Chudinov O .S., Abramova AB, Panchenko NS, Kupchenko SA Meiotic gynogenesis in stellate sturgeon, Russian sturgeon and sterlet // Ontogenesis. 2003. V.32. No. 2. S.121-131). These larvae will not be isogenic and may differ from the female in individual genetic characteristics. They can develop in both females and males. The larvae that arose due to the diploidy of the eggs due to DNA endoreduplication are a clone genetically identical to the mother. Of these, only females can develop.

Выращивание и гиногенетическое воспроизводство гибридных самок, способных с большой частотой продуцировать диплоидные яйцеклетки, позволяет сформировать маточное стадо, от которого можно будет в промышленных масштабах получать однополо-женское потомство осетровых рыб.Growing and gynogenetic reproduction of hybrid females, capable of producing diploid eggs with a high frequency, allows the formation of a broodstock, from which it will be possible to obtain homosexual sturgeon offspring on an industrial scale.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

Способ осуществлен на гибридах между белугой и стерлядью (гибрид бестер). Бестеры получены уже довольно давно и используются в аквакультуре. Выбор именно этого гибрида осетровых рыб сделан, исходя из данных о фертильности, плодовитости и размерах яйцеклеток бестеров, которые позволили предположить, что часть яйцеклеток, продуцируемых самками бестера, является диплоидной, т.е. их хромосомный набор сформировался в результате премейотической эндоредупликации хромосом.The method is implemented on hybrids between beluga and sterlet (hybrid bester). Besters have been received for quite some time and are used in aquaculture. The choice of this hybrid of sturgeon fishes was made on the basis of data on the fertility, fecundity, and size of the eggs of the bester, which suggested that some of the eggs produced by the female bester are diploid, i.e. their chromosome set was formed as a result of premeiotic chromosome endoreduplication.

От 15 самок бестера, 5 самок стерляди и 2 самок белуги получили икру. Сперму получили от 5 самцов бестера и смешали ее. Из икры, полученной от каждой самки, отобрали равные порции, которые использовали в эксперименте для постановки скрещиваний. У всех самцов и самок после получения гамет были взяты и зафиксированы в 96% этаноле фрагменты плавника для проведения последующего молекулярно-генетического анализа. Часть спермы обучили коротковолновым УФ-светом в течение 7 мин. Предварительными исследованиями установлено, что такая процедура вызывает полную генетическую инактивацию спермиев, однако спермии после облучения сохраняют подвижность и способны активировать яйцеклетки к гиногенетическому развитию.From 15 female bester, 5 female sterlet and 2 female beluga got caviar. Sperm was obtained from 5 male bester and mixed it. Equal portions were taken from the eggs obtained from each female, which were used in the experiment for setting crosses. After receiving gametes from all males and females, fin fragments were taken and fixed in 96% ethanol for subsequent molecular genetic analysis. Part of the sperm was trained with shortwave UV light for 7 minutes. Preliminary studies have established that such a procedure causes complete genetic inactivation of sperm, however, after irradiation, sperm retain mobility and are able to activate the eggs to gynogenetic development.

С использованием икры каждой из самок были поставлены следующие скрещивания:Using the eggs of each of the females, the following crosses were made:

(1) самка бестера × самец бестера, осеменение нормальной спермой (контроль);(1) female bester × male bester, insemination with normal sperm (control);

(2) самка бестера × самец бестера, осеменение облученной спермой;(2) female bester × male bester, insemination by irradiated sperm;

(3) самка стерляди × самец бестера, нормальная сперма (контроль);(3) female sterlet × male bester, normal sperm (control);

(4) самка стерляди × самец бестера, осеменение облученной спермой;(4) female sterlet × male bester, insemination by irradiated sperm;

(5) самка стерляди × самец бестера, осеменение облученной спермой, тепловой шок;(5) female sterlet × male bester, insemination by irradiated sperm, heat shock;

(6) самка белуги × самец бестера, осеменение нормальной спермой (контроль);(6) female Beluga × male Bester, insemination with normal sperm (control);

(7) самка белуги × самец бестера, осеменение облученной спермой.(7) female Beluga × male Bester, insemination by irradiated sperm.

(8) самка белуги × самец бестера, осеменения облученной спермой, тепловой шок.(8) female Beluga × male Bester, insemination by irradiated sperm, heat shock.

Эмбрионов инкубировали в чашках Петри при температуре 20°С. Через 5-10 мин после осеменения эмбрионов из скрещиваний 5 и 8 подвергали тепловому шоку при температуре 37°С продолжительностью 2,5 мин. Тепловой шок в этот момент развития подавляет у эмбрионов второе деление мейоза, обеспечивая тем самым восстановление диплоидности. Инкубация продолжалась 7 дней. Вылупление предличинок продолжалось 2 дня. Переход личинок к активному питанию происходил через 6-9 дней после вылупления.Embryos were incubated in Petri dishes at a temperature of 20 ° C. 5-10 min after insemination of the embryos from crosses 5 and 8 was subjected to heat shock at a temperature of 37 ° C for a duration of 2.5 minutes. Heat shock at this point in development inhibits the second division of meiosis in embryos, thereby ensuring the restoration of diploidy. Incubation lasted 7 days. Hatching of larvae lasted 2 days. The transition of larvae to active nutrition occurred 6–9 days after hatching.

В скрещиваниях получены следующие результаты.The following results were obtained in crosses.

Во всех скрещиваниях контрольных вариантов (1, 3, 6) получены нормальные предличинки (выход от числа оплодотворенной икры от 65 до 85%), большая часть которых (75-90%) и дальше развивалась нормально и приступила к активному питанию.In all crosses of the control variants (1, 3, 6), normal prelarvae were obtained (yield from the number of fertilized eggs from 65 to 85%), most of which (75-90%) continued to develop normally and started active feeding.

Почти все эмбрионы от скрещиваний, в которых икру стерляди и белуги осеменяли облученной спермой (варианты 4 и 7), развивались ненормально, они имели четкие признаки гаплоидного синдрома (искривление осевого скелета, оводнение перикарда, нитевидное сердце). Все эмбрионы из скрещивания 7 погибли до вылупления. Большая часть эмбрионов из варианта 4 также погибла до вылупления. Всего среди вылупившихся предличинок (0-2% в разных скрещиваниях) найдены только 4 морфологически нормальных экземпляра (0.005%). Все уродливые предличинки погибли в течение нескольких дней после вылупления, еще до перехода на активное питание. Две из четырех нормальных личинок приступили к активному питанию. Они могли возникнуть за счет спонтанного подавления второго деления мейоза в оплодотворенных яйцеклетках, что привело к восстановлению диплоидного статуса гиногенетических эмбрионов.Almost all embryos from crosses in which sterlet and beluga caviar were seeded with irradiated sperm (variants 4 and 7) developed abnormally, they had clear signs of haploid syndrome (axial skeleton curvature, pericardial hydration, threadlike heart). All embryos from crossing 7 died before hatching. Most of the embryos from option 4 also died before hatching. In total, among the hatched larvae (0–2% in different crosses), only 4 morphologically normal specimens were found (0.005%). All ugly prelarvae died within a few days after hatching, even before switching to active nutrition. Two out of four normal larvae started active feeding. They could arise due to the spontaneous suppression of the second division of meiosis in fertilized eggs, which led to the restoration of the diploid status of gynogenetic embryos.

В вариантах 5 и 8, в которых для диплоидизации гиногенетических гаплоидов стерляди и белуги с помощью подавления второго деления мейоза применяли тепловой шок, были получены нормальные диплоидные личинки (10-15%).In variants 5 and 8, in which heat shock was used to diploidize the gynogenetic haploids of sterlet and beluga by suppressing the second division of meiosis, normal diploid larvae were obtained (10-15%).

В скрещиваниях варианта 2, в которых облученной спермой осеменили икру бестера, отмечено большое количество нормально развивающихся эмбрионов. Выход морфологически нормальных предличинок в разных скрещиваниях (икра разных самок) составил от 3 до 25%. Большая часть из них (65-85%) приступила к активному питанию.In the crosses of option 2, in which irradiated sperm inseminated the eggs of the bester, a large number of normally developing embryos were noted. The yield of morphologically normal prelarvae in different crosses (eggs of different females) ranged from 3 to 25%. Most of them (65-85%) started active nutrition.

Опытных (173 шт., вариант 2) и контрольных (50 шт., вариант 1) бестеров выращивали в аквариумах. Кроме того, выращивали по 30 шт. диплоидных гиногенетических особей стерляди (вариант 5) и белуги (вариант 8). В возрасте 2 месяцев у всех рыб были взяты фрагменты плавников для прижизненного молекулярно-генетического анализа. Выделение ДНК из плавников молоди и их родителей проводили стандартным методом. Исследовали RAPD-спектры тотальной ДНК и полиморфизм микросателлитных последовательностей (4 локуса).Experienced (173 pcs., Option 2) and control (50 pcs., Option 1) bisters were grown in aquariums. In addition, 30 pieces were grown. diploid gynogenetic individuals of sterlet (option 5) and beluga (option 8). At the age of 2 months, fin fragments were taken from all fish for intravital molecular genetic analysis. DNA was extracted from the fins of juveniles and their parents by the standard method. The RAPD spectra of total DNA and the polymorphism of microsatellite sequences (4 loci) were investigated.

Анализ показал, что ДНК контрольных рыб (вариант 1) содержала аллели микросателлитных локусов, имевшихся как у матерей, так и отцов, а их RAPD-спектры представляли собой комбинацию полос, характерных для обоих родителей. Таким образом, в данном варианте наблюдалась картина, которая имеет место при обычном скрещивании.The analysis showed that the DNA of the control fish (option 1) contained alleles of microsatellite loci that were present in both mothers and fathers, and their RAPD spectra were a combination of bands characteristic of both parents. Thus, in this embodiment, a pattern was observed that occurs with ordinary crossbreeding.

Частота гомозигот по микросателлитным локусам среди гиногенетических особей стерляди и белуги (варианты 5 и 8) была значительно выше, чем в контроле. Гиногенетические особи различались между собой, а также отличались от матерей как по наборам микросателлитных аллелей, так и по RAPD-спектрам. Генетические различия в гиногенетическом потомстве чистых видов вызваны расхождением в разные половые клетки гомологичных хромосом и рекомбинацией хромосом в процессе мейоза.The frequency of homozygotes at microsatellite loci among gynogenetic individuals of sterlet and beluga (variants 5 and 8) was significantly higher than in the control. Gynogenetic individuals differed from each other and also differed from mothers both in sets of microsatellite alleles and in RAPD spectra. Genetic differences in the gynogenetic progeny of pure species are caused by divergence of homologous chromosomes into different germ cells and by recombination of chromosomes during meiosis.

В опытном варианте (2) большая часть особей (80-90%) идентична по исследованным показателям и не отличается от своих матерей, т.е. они могут быть идентифицированы как материнские клоны. Эта ситуация могла возникнуть только в том случае, если часть яйцеклеток самок бестера была диплоидной вследствие эндоредупликации ДНК в раннем мейозе. Все такие рыбы могут быть только самками. Выявленные генетические различия у небольшой части опытных рыб могут быть вызваны изменениями при эндоредупликации ДНК, а также мутациями. Самки бестера, у которых наблюдался наибольший выход гиногенетических диплоидных предличинок, были отобраны для дальнейшего воспроизводства с целью формирования маточного стада, от которого можно будет в промышленных масштабах получать однополо-женское потомство осетровых рыб.In the experimental version (2), the majority of individuals (80-90%) are identical in terms of the studied parameters and do not differ from their mothers, i.e. they can be identified as maternal clones. This situation could arise only if part of the eggs of the female bester was diploid due to DNA endoreduplication in early meiosis. All such fish can only be females. Identified genetic differences in a small part of the experimental fish can be caused by changes in DNA endoreduplication, as well as mutations. Bester females, which had the highest yield of gynogenetic diploid prelarvae, were selected for further reproduction with the aim of forming a broodstock, from which it would be possible to obtain homosexual sturgeon offspring on an industrial scale.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить клонально размножающиеся линии самок осетровых рыб (однополо-женское потомство) независимо от механизма определения пола и тем самым сократить материальные затраты при формировании маточного стада. Аналогичным способом однополо-женское потомство может быть получено не только у бестера, но и у гибридов между другими видами осетровых рыб при условии, что эти гибриды способны продуцировать нередуцированные гаметы, генетически идентичные материнскому генотипу.Thus, the claimed method allows to obtain clonally propagating lines of female sturgeon fish (same sex offspring) regardless of the sex determination mechanism and thereby reduce material costs in the formation of broodstock. In a similar way, same-sex offspring can be obtained not only from the bester, but also from hybrids between other species of sturgeon, provided that these hybrids are capable of producing unreduced gametes genetically identical to the maternal genotype.

Изложенные выше сведения свидетельствуют о том, что способ получения однополо-женского потомства осетровых рыб по заявленному изобретению относится к геномной инженерии в области рыбоводства и, в частности, направлен на решение проблемы регуляции пола у осетровых рыб. Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".The above information indicates that the method for producing homosexual sturgeon offspring according to the claimed invention relates to genomic engineering in the field of fish farming and, in particular, is aimed at solving the problem of sex regulation in sturgeons. For the claimed method in the form as described in the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application is confirmed. Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (1)

Способ получения однополо-женского потомства у осетровых рыб, включающий индукцию гиногенетического развития эмбрионов путем оплодотворения яйцеклеток генетически инактивированной спермой, отличающийся тем, что индукция гиногенетического развития применяется к яйцеклеткам самок гибридов филогенетически удаленных видов, способных продуцировать нередуцированные диплоидные яйцеклетки, генетически идентичные матери.A method for producing homosexual offspring in sturgeon fish, including the induction of the gynogenetic development of embryos by fertilizing eggs with genetically inactivated sperm, characterized in that the induction of gynogenetic development is applied to the eggs of female hybrids of phylogenetically distant species capable of producing unreduced genetically diploid egg cells.
RU2005139936/13A 2005-12-21 2005-12-21 Method for obtaining unisexual female offspring in sturgeon fish RU2312495C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005139936/13A RU2312495C2 (en) 2005-12-21 2005-12-21 Method for obtaining unisexual female offspring in sturgeon fish

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005139936/13A RU2312495C2 (en) 2005-12-21 2005-12-21 Method for obtaining unisexual female offspring in sturgeon fish

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005139936A RU2005139936A (en) 2007-06-27
RU2312495C2 true RU2312495C2 (en) 2007-12-20

Family

ID=38315166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005139936/13A RU2312495C2 (en) 2005-12-21 2005-12-21 Method for obtaining unisexual female offspring in sturgeon fish

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2312495C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104145854A (en) * 2014-07-11 2014-11-19 中国长江三峡集团公司 Method for using frozen Chinese sturgeon sperms to perform wet insemination
RU2632649C2 (en) * 2015-09-21 2017-10-06 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт пресноводного рыбного хозяйства" ФГБНУ "ВНИИПРХ" Method of obtaining dna from fish ovicell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIMS S. Aquaculture of paddlefish in the United States, Aquat. Living Resour., 2001, v.14, p.391-398. OMOTO H. et al. Effects of estradiol-17β and 17α-methyltestosterone on gonadal sex differentiation in the F 2 hybrid sturgeon, the bester. Fisheries Sciences, 2002, v.68, no.5, p.1047-1054. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104145854A (en) * 2014-07-11 2014-11-19 中国长江三峡集团公司 Method for using frozen Chinese sturgeon sperms to perform wet insemination
CN104145854B (en) * 2014-07-11 2016-05-04 中国长江三峡集团公司 A kind of method of utilizing mandarin sturgeon to freeze to progress greatly the insemination of row wet method
RU2632649C2 (en) * 2015-09-21 2017-10-06 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт пресноводного рыбного хозяйства" ФГБНУ "ВНИИПРХ" Method of obtaining dna from fish ovicell

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005139936A (en) 2007-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Omoto et al. Sex ratios of triploids and gynogenetic diploids induced in the hybrid sturgeon, the bester (Huso huso female× Acipenser ruthenus male)
Komen et al. Androgenesis, gynogenesis and the production of clones in fishes: a review
Gomelsky Chromosome set manipulation and sex control in common carp: a review
Luo et al. Massive production of all-female diploids and triploids in the crucian carp
CN113163740B (en) Method for producing sterile and unisexual offspring
Zhang et al. Induced gynogenesis in grass carp (Ctenopharyngodon idellus) using irradiated sperm of allotetraploid hybrids
Havelka et al. Hybridization and polyploidization in sturgeon
Chen et al. Induction of meiotic gynogenesis in yellow drum (Nibea albiflora, Sciaenidae) using heterologous sperm and evidence for female homogametic sex determination
CN103798169A (en) Method for quickly establishing improved breeding system of YY super-male pelteobagrus fulvidraco
Ibarra et al. Progress on the genetics of reproductive performance in penaeid shrimp
Linhart et al. Genetic studies with tench, Tinca tinca L.: induced meiotic gynogenesis and sex reversal
Kato Breeding studies on red sea bream Pagrus major: mass selection to genome editing
RU2312495C2 (en) Method for obtaining unisexual female offspring in sturgeon fish
Na-Nakorn et al. Allotriploidy increases sterility in the hybrid between Clarias macrocephalus and Clarias gariepinus
Fopp-Bayat et al. First report on embryonic and larval development of 2n/3n mosaic sterlet
US20100313819A1 (en) Amphidiploid aquatic animal and method of breeding the same
JP3635187B2 (en) Method of breeding flounder using completely homozygote, method of raising flounder and flounder
Rivera et al. Sexual Maturation in Farmed Atlantic Salmon (Salmo salar): A Review
Cheng et al. Meiotic gynogenesis with heterologous sperm in the mandarin fish Siniperca chuatsi and evidence for female homogamety
Hayashida et al. First data on sexual dimorphic growth of cultured Pacific bluefin tuna, Thunnus orientalis (Temminck et Schlegel), and its sex manipulation by treatment with an aromatase inhibitor
Leeds et al. Effects of triploidy on genetic gains in a rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) population selectively bred for diploid growth performance
Li et al. Induction of meiotic gynogenesis in Lanzhou catfish (Silurus lanzhouensis) with heterologous sperm and evidence for female homogamety
Zou et al. Ploidy polymorphism and morphological variation among reciprocal hybrids by Megalobrama amblycephala× Tinca tinca
Hou et al. Gynogenesis and sex control in Japanese flounder
Gomelsky Chromosome set manipulation, sex control and gene transfer in common carp

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071222