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通过三倍体改善贝类水产养殖

阿曼丁·苏里尔,硕士

三倍体双壳类’优势可能是不育的结果

三倍体
在美国马萨诸塞州部署了三倍体扇贝,以建立三倍体扇贝在海湾扇贝行业的商业价值。 Richard C. Karney摄。

多倍体是一种生物,其细胞核中含有比通常的两组染色体更多的生物。这种情况是染色体复制而没有细胞分裂的结果,可以自然发生,也可以在实验室条件下在发育的早期阶段诱发。不要与有争议的转基因生物相混淆,多倍性不涉及引入外来遗传物质。 

自然中的多倍体

天然多倍体是植物育种的重要机制。大约47%的有花植物是多倍体。著名的苹果品种Stayman,Baldwin和Rhode Island Greening是“自发多倍体”。 

多倍体已被农业工业广泛使用并被认为是安全的,并被公众所接受。许多养殖食品植物,例如现在种植面包粉的小麦, 普通小麦;原始的南美马铃薯;咖啡;花生;和草莓是多倍体。由三倍体引起的不育性也可用于生产无籽水果,这种水果更容易食用(西瓜,香蕉)或味道更好(苦涩的黄瓜)。

天然多倍体也可以在动物中发现。由于鱼类中缺乏明确的染色体,多倍体是自发形成的,并在以下三个鱼类种群中得以维持:卵生Poeciliids,卵生Cyprinids和Atherinids。在鳟鱼,青蛙和具有无性繁殖模式的动物中也自然发现了它,包括象鼻虫,蚱hopper,sal和蜥蜴。一些二倍体动物的某些细胞是多倍体,例如双翅目的唾液腺和人类肝细胞。

诱导多倍体

由于方法学上的问题,诱导多倍体对动物饲养者的作用较小。在大多数食用动物中,繁殖力低,受精时不易获得卵,这使得与治疗相关的高死亡率成为更大的障碍。但是,由于高繁殖力以及受精过程中它们将卵和精子释放到水中,多倍体胚胎更容易在双壳类和许多鱼类等海洋生物中产生。

尽管许多种多倍体已用于植物育种,但对于水产养殖业似乎只有两种具有价值:三倍体具有三组染色体(3n)和四倍体具有四组染色体(4n)。   

三倍体双壳类

三倍体
三倍体全年提供美丽的产品。 Richard C. Karney摄。

自1980年代初以来,三倍体双壳类引起了全世界的关注,因为它们的生长,肉含量,风味和抗病性得到了增强。这些优势很可能是三倍体不育的结果,尽管有些理论增加了杂种优势(由于较高的杂合度而增加了适应性)和三倍体巨人症(由于较大的核而增加了细胞大小)的可能性。 

三倍体生物几乎总是无菌的。它们奇数的染色体使细胞不可能在配子发生过程中达到适当的减数分裂,也无法使动物产生单倍体配子。 

对不育的兴趣

在水产养殖中,不育很有趣,原因有几个。首先,通常用于性成熟的能量可用于体细胞生长。仅出于该原因,预期成人三倍体比二倍体大。生长在水产养殖业中至关重要,并且已经在商业物种中进行了广泛研究。 

在几乎所有研究的物种中,三倍体软体动物都比二倍体大得多,包括美国牡蛎(Crassostrea virginica);海湾扇贝(Argopecten irradians);珍珠贝Pinctada martensii);高贵的扇贝(衣原体;和太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)。此外,通过性交可以克服性成熟的不良副作用-对高温过敏和可导致高死亡率的病原体。

产卵期间,卵在水中释放。 Richard C. Karney摄。

其次,在牡蛎之类的贝类中,夏末产卵耗尽了糖原储藏,糖原储藏会影响风味和外观,并使这些动物无法出售。无菌牡蛎的产生克服了这个问题,并提供了可以全年收获的产品。在法国,三倍体牡蛎已经以“四个季节”的名称销售了几年,以突出这种品质。

三倍体的不育性的第三个优势是在与本土物种竞争的地区中使用外来物种进行水产养殖的潜力。在美国东部切萨皮克湾,当地人 维尔纽斯 由于过度捕捞和疾病已几乎消失,三倍体已允许对非本地Suminoe牡蛎进行养殖试验(中华k。这种对疾病具有抵抗力的新物种具有帮助濒临灭绝的产业的潜力。 

但是,三倍体的无菌性并非万无一失。在极少数情况下,三倍体生物自然成熟并产生二倍体配子,或部分还原为二倍体,从而产生易生卵的单倍体配子的镶嵌生物。

三倍体生产

通常使用两种方法来产生三倍体生物:在发育的早期进行电击处理,以及将四倍体亲虾与常规二倍体杂交。三倍体的诱导依赖于减数分裂过程中的热,化学或物理冲击处理。 

进行电击时,极体保留在卵核内,有效地使染色体数增加了一倍。受精过程中添加的男性染色体单倍体组产生具有三组染色体的三倍体生物。

化学冲击导致了诱导三倍体的最高产量。但是,最有效的化学药品通常具有危险性,不符合美国食品药品监督管理局(FDA)的商业生产要求。

四倍体的三倍体

使用四倍体亲虾生产三倍体不需要化学药品。但是,获得四倍体亲鱼并非易事。 

从理论上讲,可以通过抑制第一次切割或卵裂球融合来诱导4n种生物,但是与这些方法相关的死亡率一直很高。 1994年,郭喜明和斯坦·艾伦使用成熟三倍体的配子获得了高度可行的四倍体,从而克服了这一难题。  

此方法的私有专利已用于在美国西海岸生产太平洋牡蛎亲鱼。四倍体美国牡蛎亲鱼也已经为美国东海岸牡蛎产业开发,但仅提供给马萨诸塞州的一些养殖者进行初步试验。 

从四倍体产生的三倍体似乎是牡蛎产业的最佳选择,即使亲鱼减少也限制了后代的遗传多样性。它们不仅获得FDA批准用于商业销售,而且这些三倍体似乎比化学诱导的三倍体更坚硬。

商业用途

牡蛎是第一种被三倍体增强的贝类,并且已经以商业规模投放市场,尽管目前人们对研究硬壳蛤,扇贝,象拔蚌等三倍体产量的兴趣正在上升。湾扇贝三倍体的生产特别有趣,因为它可能导致更大的内收肌,并可能在第一个生长季节结束时上市。这样可以克服将物种生长到市场规模通常需要的越冬时期的费用和死亡率。 

由东北地区水产养殖中心资助的生长性能试验目前正在进行中,用于海湾扇贝。美国马萨诸塞州玛莎葡萄园贝类集团生产的三倍体扇贝已被部署在马萨诸塞州罗得岛和康涅狄格州,以确立该技术对海湾扇贝产业的真正商业价值。

(编辑’注意:本文最初发表于2004年6月的 全球水产养殖倡导者


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