تک جنس کردن ماهیها

تک جنسه کردن ماهیها مانند تیلاپیا

به دليل اينكه در خلال رشد ماهي، جهت توليدمثل، تغييرات گوناگوني در وضعيت جانور روي مي دهد، بسياري از پرورش دهندگان ، ترجيح مي دهند كه بلوغ ماهي را به تاخير بيندازند يا از بروز آن ممانعت به عمل آورند و در بيشتر موارد به توليد ماهيان نابالغ يا عقيم مبادرت ورزند. از جمله اين تغييرات مي توان به نداشتن جذابيت براي مصرف كننده، غيرقابل پيش بيني بودن تغييرات رشد، كارايي تبديل غذا، رفتار ماهي، رنگ بدن و گوشت و حساسيت به بيماري ها اشاره كرد. لذا در اين شرايط تغيير جنسيت و توليد جمعيت هاي تك جنس مناسب خواهد بود(ستاري و معتمد،1376).

تغيير جنسيت هورموني

تغيير جنسيت هورموني به دو طريق اعمال مي شود(2003 ،  Gomelsky):

روش مستقيم توليد جمعيت تك جنسي : اين روش شامل درمان هورموني تمام ماهيهاي تحت پرورش در طول دوره ي تمايز جنسي مي باشد.

روش غير مستقيم يا كنترل ژنتيكي جنسيت:

 عبارتست از آميزش ماهيهاي طبيعي با ماهيهايي كه از قبل با بكار بردن هورمون تغيير جنسيت يافته اند. به عنوان مثال در ماهيهاي جور گامت (هموگامت) مانند كپور معمولي، جمعيت تمام ماده، از طريق آميزش جنس ماده ي طبيعي (XX) با نر تغيير جنسيت يافته يا نر جديد (كه داراي كروموزوم هاي XX هستند) بدست مي آيد.

جنين از لحاظ فنوتيپي نه داراي سلول هاي جنسي نر و نه داراي سلولهاي جنسي ماده مي باشد . در واقع جنين ماهي فاقد تخمدان ، بيضه و ساير خصوصيات مربوط به دستگاه توليد مثل مي باشد. جنين در اين مرحله داراي سلول هاي زايشگر اوليه (PGC) بوده و در اصطلاح به آن توتي پوتنت يا “چند توانه” گفته مي شود . دليل اين نام گذاري اين است كه جنين قادر است به جنس نر يا ماده تبديل گردد . در يك زمان خاص از رشد جنين ، پيام هاي شيميايي از ژن يا سري هاي ژني صادر مي گردد كه اين پيام ها سبب رشد و تكامل سلولهاي زايگر اوليه مي شود . در اين زمان بافت ها به رشد و نمو خود ادامه داده و ماهي از لحاظ فنوتيپي جنسيت نر يا ماده پيدا مي كند .

براي تغيير جنسيت ماهي تنها در يك محدوده زماني كه ماهي از نظر فنوتيپي متعلق به جنس نر يا ماده نمي باشد ، قابل اجراست و در خارج از اين محدوده ي زماني تغيير جنسيت فنوتيپي امكان پذير نخواهد بود.

درمان هورموني در ماهيان به روش هاي محتلفي انجام مي گيرد. اين روش ها به دو گروه سريع و مدت دار يا كند تقسيم بندي مي شوند (1985،Crim) :

روش هاي سريع استفاده از هورمون عبارتست از:

1- تزريق داخل عضلاني يا تزريق به حفره ي بدن بصورت سوسپانسيون

2- بكار بردن هورمون در آب آكواريوم

3- غوطه وري ماهي در حمام آب ساكن حاوي هورمون

اين روش معمولا براي گونه هايي مورد استفاده قرار مي گيرد كه فرآيند تمايز جنسي كمي بعد از تخم گشايي به وقوع مي پيوندد( مانند اكثر آزاد ماهيان)

روش كند عبارتست از :

1- درمان غذايي 2- كپسول هورموني 3- پلت هاي كلسترولي

به منظور كنترل جنسيت از سه روشِ درمان غذايي ، تزريق و غوطه وري استفاده مي شود.البته قابل ذكر است كه در سطح تجاري ، انتخاب روش مناسب استفاده از هورمون به ملاحظات اقتصادي و عملي بستگي دارد (2000،Lee and Donaldson) .

روش غوطه وري براي آن دسته از ماهيها مناسب است كه تمايز جنسي آنها در مرحله ي جنيني يا در طول مراحل لاروي انجام گيرد اين در حالي است كه روش درمان غذايي (بكار بردن هورمون از طريق غذا) بيشتر براي گونه هايي بكار مي رود كه تمايز جنسي در هنگام آغاز تغذيه ي خارجي بوقوع بپيوندد (2000،Lee and Donaldson) . استفاده از غذاي زنده از قبيل آرتميا بعنوان ناقل هورمون هاي استروئيدي در برخي از ماهيها از قبيل باس دهان بزرگ (1989Garrett , ) ، لامپ ماهي (1994 Mortin-Robichaud et al.,) انجام گرفته است. جلوگيري از بهم خوردن شرايط زيستي لارو ها، بخصوص براي گونه هاي دريايي كه لاروهاي خيلي كوچك دارند ، حائز اهميت است(2000، Lee and Donaldson) . براي القاي جنسيت نر از هورمون هاي آندروژني و براي القاء جنسيت ماده از هورمون هاي استروژني استفاده مي شود . براي تغيير جنسيت ماهي به جنس نر از 17 – آلفا – متيل تستوسترون و براي تغيير جنسيت ماهي به جنس ماده، از 17 – بتا – استراديول استفاده مي گردد (2000،Lee and Donaldson) .مقدار مورد نياز و مدت زمان درمان هورموني بستگي به نوع گونه دارد .

تغيير جنسيت ژنتيكي و توليد جمعيت هاي تك جنسي

با وجود اينكه تعداد هورمون مصرفي توسط هر ماهي كم بوده و سريعا از بدن ماهي دفع مي گردد و از اين لحاظ مصرف اين گونه ماهيها توسط انسان مشكل خاصي را بوجود نمي آورد ( Thomasو همكاران ، 2003). ولي به دليل مخالفت هاي متعددي كه در زمينه درمان هورمون ماهيها صورت گرفته (ستاري و معتمد ، 1376) ، از برنامه هاي ژنتيكي براي كاهش اين مشكل استفاده شده است. بعنوان مثال ، براي توليد جمعيت تمام ماده ي ماهي قزل آلاي رنگين كمان ابتدا نوزادان ماهي مورد نظر را با هورمون 17- آلفا – متيل تستوسترون تحت درمان قرار داده و بدين ترتيب ماهيهايي با فنوتيپ نر توليد مي گردد كه داراي بيضه و صفات ثانويه جنسي نر مي باشد . اما از لحاظ ژنوتيپي ماده مي باشد (xx) . حال اگر اين ماده هاي نر زاد يا نرهاي جديد كه حاوي اسپرم مي باشند را با تخم هاي طبيعي لقاح دهند، ماهياني توليد خواهند شد كه همگي ماده حاوي كروموزوم xx مي باشند .

از آنجايي كه نمي توان جنسيت نوزاداني را كه در مرحله شروع به تغذيه بسر مي برند،تشخيص داد، لذا ابتدا بايد همگي آنها را ، اعم از نر و ماده، تحت درمان با هورمون هاي نرزادي قرار داد. در نتيجه ، زماني كه اين نوزادان به مرحله بلوغ جنسي رسيدند، لازم است كه از روش آميزش برگشتي استفاده نماييم تا بتوانيم ماده هاي نرزاد با ژنوتيپ XX را از نرهاي طبيعي با ژنوتيپ XY متمايز كنيم. در قزل آلاي رنگين كمان ، مي توان براي اين تمايز، از علايمي كمك گرفت ، زيرا در ماده هاي نرزاد مجاري اسپرم بر مسدود يا ناكامل است و آنها نمي توانند پس از بلوغ كامل ، اسپرم ريزي كنند. لذا هر ماهي نري كه بتواند اسپرم هاي خود را آزاد كند ، ماده ي تغيير جنسيت يافته نيست و نبايد از آنها براي توليد ماهيان مولد تماما ماده استفاده كرد(ستاري و معتمد ، 1376).

در بين ماهيهايي كه داراي سيستم تعيين جنسيت XY / XX هستند، از طريق توليد ماهي ابرنر ( نرهاي داري كروموزوم هاي YY ) امكان توليد جمعيت تمام نر وجود دارد ( Mair‌و همكاران،1997)

پلي پلوئيدي فرآيندي است كه در طي آن يك يا چند سري كوروموزومي به سري كوروموزومي طبيعي (N 2كوروموزومي) اضافه مي شود(Thomasو همكاران ، 2003) مانند ماده زايي و نر زايي ، پلي پلوئيدي نيز، هم بصورت طبيعي وهم بصورت مصنوعي القا مي گردد.

در طبيعت زمانيكه بين دو گونه ايي كه با هم نسبت خوني و گونه ايي دور تري داشته باشند ، آميزشي صورت پذيرد ، پلي پلوئيدي مشاهده مي شود شود(Thomasو همكاران ، 2003) .

مكانيسم القاء تتراپلوئيدي بدين ترتيب است كه تخم پس از لقاح ، بعد از خروج دومين گويچه قطبي از تخم، در زمان آغاز تقسيمات جنيني و همانند سازي DNA (يعني در زماني كه N2 كروموزوم عملا به N4 كروموزوم تبديل مي شود) يكي از انواع شوك ها كه اصطلاحا شوك هاي دير هنگام گفته مي شود، اعمال مي گردد. جنين هاي حاصل از اين گونه ها عقيم نبوده و به خوبي رشد مي نمايند. مهم ترين كاربرد ماهيهاي تتراپلوئيد، ايجاد ماهيان تريپلوئيد به روش غيرالقايي مي باشد(كلباسي،1380).

كاربرد القاء پلي پلوئيدي

امروزه بسياري از پرورش دهندگان ماهي، به دليل كاهش تقاضاي مصرف كنندگان و طبيعت غير قابل پيش بيني از تغييرات رشد، ضريب تبديل غذايي، رنگ بدن و گوشت و حساسيت به بيماري ها كه در خلال بلوغ جنسي در ماهيان ايجاد مي شود، ترجيح مي دهند از بلوغ ماهي جلوگيري نموده و يا آن را به تاخير اندازند و بهترين روش عملي و اقتصادي در كنترل بلوغ جنسي و عقيم سازي ماهيان كه امروزه در مقياس هاي وسيع مورد استفاده قرار مي گيرد از طريق القاء تري پلوئيدي در ماهيان مي باشد(كلباسي،1380). از كپور علفخوار تريپلوئيد كه از لحاظ توليدمثل عقيم مي باشد براي كنترل گياهان آبزي بدون آنكه تهديدي براي اكوسيستم باشد، استفاده مي شود(ابراهيم زاده و همكاران، 1382).

ايجاد تري پلوئيدي در ماهيان به دو روش القايي و غير القايي امكان پذير مي باشد (كلباسي،1380) .

1- تريپلوئيدي غير القايي (غير مستقيم)

در اين روش ابتدا به توليد مولدين تتراپلوئيد پرداخته و سپس با آميزش ماهيان تتراپلوئيد ماده و ديپلوئيد نر افراد تريپلوئيد ايجاد مي نمايند. علت انتخاب اين نحوه ي آميزش بدين صورت است كه چون اصولا اسپرم ماهيان نرِ تتراپلوئيد نسبت به ماهيان نر معمولي از قابليت باروركنندگي كمتري برخوردار بوده و بعلاوه اندازه اسپرم آنها بزرگتر مي باشد، بنابراين در هنگام عبور از ميكروپيل ايجاد مشكل خواهد نمود. بر همين اساس معمولا از اسپرم ماهيان نر معمولي جهت لقاح تخم ماهيان تتراپلوئيد استفاده مي گردد.

2- تريپلوئيدي القايي (مستقيم)

از آنجايي كه توليد مولدين تتراپلوئيد به راحتي امكان پذير نبوده و بعلاوه ميزان باقيماندگي آنها نيز نسبتا كمتر است، بنابراين روش القايي بسيار گسترده تر بوده و به روش هاي متنوعي قابل اجرا مي باشد. مبناي تمامي اين روش ها بر اساس احتباس دومين گويچه ي قطبي و توسط شوك هاي محيطي مي باشد(كلباسي،1380).

مكانيسم و نحوه ي القاء تريپلوئيدي در ماهي       

اگر دقيقا پس از لقاح و قبل از خروج دومين گويچه ي قطبي (با N كروموزوم) از شوك هاي محيطي بر روي تخم لقاح يافته اعمال گردد، از خروج دومين گويچه ي قطبي ممانعت بعمل آمده و در داخل تخم باقي مي ماند، در نتيجه سلول تخم N2 كروموزومي خواهيم داشت كه N كروموزوم آن مربوط به تخم و N كروموزوم ديگر مربوط به دومين گويچه ي قطبي است.از آنجايي كه اين تخم با اسپرم طبيعي لقاح داده مي شود ، سلول تخم داراي يك سري كروموزومي اضافي گرديده و 3N كروموزومي مي گردد. به اين نوع شوك كه پس از لقاح و قبل از خروج دومين گويچه ي قطبي وارد مي شود، اصطلاحا شوك زودهنگام مي گويند(كلباسي،1380).

ماهيهاي تريپلوئيد عقيم خواهند بود. وجودغدد جنسي كه كاملا و يا بطور ناكامل تحليل رفته اند از خصوصيات اين ماهيها مي باشد.ناهنجاري دستگاه توليدمثلي در اين ماهيها به خاطر وجود سري كروموزومي اضافي مي باشد كه باعث ايجاد اختلال در اتصال و جدا شدن كروموزوم هاي همتا (همولوگ) مي گردد(ابراهيم زاده و همكاران،1382).

Subject eggs to an environmental shock:

1. heat

2. pressure

3. cold

4. chemical

5. electric

ماده زایی رشد و نمو جنین تنها تحت کنترل مواد وراثتی مادر بعد از فعال شدن تخم از طریق لقاح می باشد.

 ویژگی های اصلی سیتوژنتیک ماده زایی:

غیرفعال شدن کروموزوم های ماهی نر و جلوگیری از کاهش سری کروموزومی ماهی ماده

غیر فعال کردن کروموزوم های ماهی نر با اشعه دادن اسپرم القاء می شود. اشعه ایکس، اشعه گاما یا اشعه ماورا بنفش (UV) به این منظور استفاده می شود. این روش از غیرفعال کردن کروموزوم بر مبنای تفاوت حساسیت کروموزوم ها و ساختار سیتوپلاسمیک اسپرماتوزوآ استوار است.

در دزهای بالا اشعه دادن، کروموزوم ها غیرفعال می شوند اما توانایی اسپرماتوزوآ برای حرکت و لقاح تخمک ها حفظ می گردد.

در ماده زايي ميتوزي بعد از لقاح تخم توسط اسپرمي كه محتويات ژنتيكي آن توسط اشعه ي U.V. ،اشعه ي گاما يا مواد شيميايي از بين رفته است، اجازه خروج دومين گويچه ي قطبي از تخم داده مي شود.در نتيجه تخم هاي لقاح يافته اي بدست مي آيد كه داري يك سري كروموزوم( Nكروموزوم ) مي باشند. با توقف روند طبيعي تقسيم ميتوزي در اولين تقسيم سلولي ، اين تخم هاي هاپلوئيد به جنين 2N كروموزومي تبديل مي گردند. نكته ي كليدي در اين روش شوك دهي در زمان بين همانند سازي كروموزوم ها و جدا شدن كروموزوم ها و ورود محتويات سلولي به دوسلول مجزا مي باشد.
آنچه در القاء ماده زايي در ماهي حائز اهميت مي باشد، زمان دقيق شوك دهي و مدت زمان لازم براي اشعه دادن اسپرم براي از بين بردن محتويات ژنتيكي ، بدون از بين رفتن فعاليت بيولوژيكي آن مي باشد.

      به عنوان مثال مدت زمان اشعه دادن اسپرم كپور ماهيان هندي 17-20 دقيقه و براي كپور معمولي 35-40 دقيقه گزارش شده است.

      شرايط مطلوب حبس دومين گويچه ي قطبي (در ماده زايي ميوزي) و شوك دهي در ماده زايي ميتوزي در گونه هاي مختلف متغير مي باشد.

نرزايي

نرزايي يا آندروژنز فرآيندي است كه در نتيجه ي آن نسلي تمام نر ايجاد مي گردد. نر زايي طبيعي در ماهيان دورگه اي كه فاصله ي ژنتيكي آنها از هم زيادمي باشد و يا ژنوم هاي سازگارندارند ديده مي شود. مانند دورگه ي كپور معمولي ماده و كپور علفخوار نر.

دو روش براي القاي نر زايي در ماهيها معمول مي باشد.

اولين روش ژنوم مادري با استفاده از اشعه U.V. گاما يا مواد شيميايي (مشابه آنچه در ماده زايي بر روي اسپرم انجام مي گيرد) از بين برده و در ادامه تخم هاي اشعه داده شده با اسپرم هاي طبيعي لقاح داده مي شود. سپس در زمان اولين تقسيم سلولي براي جلوگيري از تقسيم سلول ها شوك هاي حرارتي يا شوك فشار هيدروستاتيك بر تخم وارد مي گردد كه به واسطه ي آن دو هسته ي هاپلوئيد (Nكوروموزومي) با هم تركيب شده و هسته ي ديپلوئيد(2Nكوروموزومي) توليد مي شود. در روش دوم ابتدا محتويات ژنتيكي تخم بوسيله ي اشعه از بين رفته و سپس با اسپرم يك ماهي تتراپلوئيد (4N كوروموزومي) لقاح داده مي شود.

كاربرد ماده زايي و نر زايي

 
ماده زايي و نر زايي كوتاه ترين مسير وموثرترين روش ها براي ايجاد لاين همخون هموزيگوت مي باشند. با انجام آميزش بازگشتي اين لاين هاي همخون با ذخاير هتروزيگوت، نسلي با رشد 30-40 درصد بالاتر از نسل طبيعي ايجاد مي شود. علاوه بر اين از اين تكنيك مي توان در توليد جمعيت تك جنس بهره برد.

بعد از لقاح تخمک ها با اسپرماتوزوآی غیرفعال از نظر ژنتیکی، هاپلوییدهای ماده زاد تولید می شوند. هاپلوییدی در ماهیان، نوعی ناهنجاری مورفولوژیک (سندرم هاپلویید) می باشد و این ماهیان قبل یا بلافاصله بعد از تخم گشایی می میرند. به منظور ایجاد ماهیان ماده زاد دیپلویید زنده، سری کروموزوم ماده های هاپلویید می بایست دو برابر گردد.

 سری کروموزوم یک ماهی ماده از دو طریق دو برابر خواهد شد: از طریق متوقف کردن تقسیم میوز دو در تخم ها (ماده زایی میوزی) یا از طریق توقف اولین تقسیم میتوز در جنین هاپلویید (ماده زایی میتوزی). برای توقف مصنوعی تقسیمات میوز یا میتوز، تیمارهای فیزیکی شدید (شوک ها) بر روی جنین اعمال می شود. رایج ترین تیمارهای مورد استفاده دمای پایین یا بالا (شوک های سرما و گرما) و شوک هیدروستاتیک می باشد.

 برای توقف تقسیمات، معمولا شوک در مرحله آنافاز تقسیم مورد نظر اعمال می شود. تحت تاثیر این تیمار، رشته های دوک تخریب شده و در نتیجه، تقسیم متوقف شده و سلول های خواهری با هم ترکیب می شوند. هنگامی که تقسیم میوز دو متوقف می شود، جسم قطبی دوم خارج نمی شود و با پیش هسته های ماهی ماده هاپلویید ترکیب می شود. در طول توقف اولین تقسیم میتوز در جنین های هاپلویید، دو هسته هاپلویید به هم پیوسته و تشکیل هسته دیپلویید می دهد.

در موارد معدود (معمولا کمتر از 1 /0درصد) دیپلوییدهای ماده زاد زنده بدون اعمال شوک به خاطر توقف خود به خودی تقسیم میوز دو در تخم ها (ماده زایی میوزی) ایجاد می گردد.

موارد معدودی وجود دارد که دورگه گیری دور بدون اعمال هیچ تیمار فیزیکی منجر به القاء پلی پلوییدی در ماهیان شده است.

دلیل این نوع تری پلوییدی، توقف خود به خودی تقسیم میوز دو در تخم ها می باشد.

همچنین ممکن است ماهیان تری پلویید از دورگه گیری برگشتی بوجود آیند.

 به عنوان مثال نیمی از دورگه های برگشتی حاصل از آمیزش نسل F1 ماده های هیبرید (دورگه حاصل از کپور کاراس و کپور معمولی) با ماهی کپور معمولی نر تری پلویید بودند.

يك روش توليد ماهيان تريپلوئيد، آميزش ماهي تتراپلوئيد(n4) با ماهي ديپلوئيد(n 2) است. براي اين منظور ابتدا بايد ماهي مولد تتراپلوئيد توليد كنيم كه خود اين كار چند سال زمان مي برد و نيز توليد ماهي تتراپلوئيد و طريقه تشخيص و جداسازي آن ها كار چندان ساده اي نيست.

روش دوم كه ساده تر و كاربردي تر و در مقياس صنعتي قابل انجام است، استفاده از انواع شوك ها بر روي تخم لقاح يافته ماهي است. از جمله اين شوك ها، شوك شيميايي، شوك فشار هيدرواستاتيك و شوك حرارتي است. بهترين روش شوك دهي كه بازدهي بالايي دارد، استفاده از شوك فشار هيدرواستاتيك است؛ ولي به خاطر تجهيزات ويژه اي كه اين روش نياز دارد، در مقياس تجاري چندان قابل توصيه نيست.

روش ساده تر و كاربردي تر كه بازده نسبتا بالايي هم دارد، استفاده از شوك حرارتي است كه براي قزل آلاي رنگين كمان كه يك ماهي سردآبي است، از شوك گرمايي استفاده مي شود. بدين منظور پس از لقاح اسپرم و تخمك و گذشت زمان مشخص، تخم هاي ماهي را به مدت معيني در دماي مشخص قرار مي دهند.

بومنت، ای.آر. و هور کی. (1389)، زیست فناوری و ژنتیک در شیلات و آبزی پروری، مترجمان: دکتر سعید کیوان شکوه و دکتر سالار درافشان، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، 137-152.
تیو، دی. (1388)، مبانی ژنتیک، اصلاح نژاد و بیوتکنولوژی ماهیان، مترجم: دکتر فرهاد امینی، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد تهران، 323-351.
یوسفیان، م. (1388)، مبانی ژنتیک آبزیان، موسسه تحقیقات شیلات ایران، 103-130

      کلباسی، محمدرضا،جزوه ی درسی ژنتیک و اصلاح نژاد، دوره ی کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس،1382 .

FAO (2008), The state of world fisheries and aquaculture, FAO fisheries and aquaculture department, pp: 3-23.

Gomelsky, B. (2003). Chromosome set manipulation and sex control in

common carp: a review, Aquat. Living Resour. 16, pp: 408-415

Foresti, F., Biotechnology and fish culture, Hydrobiologia,

Lutz, C.G., practical genetics for aquaculture, Fishing News Books, 2001

Thomas, P.C., Rath, S.C., Mohapatra, D.K. Breeding and seed production of Fin fish and Sellfish. Daya puplishing house. 2003

-Peruzzi, S., Chatani, B., Pressure and cold shock induction of meiotic gynogenesis and triploidy in the European seebass, Dicentrarchus labrax: relative efficiency of methods and parental variability. , Aquaculture, 2000, 189(1-2):23-37

-Thomas, P.C., Rath, S.C., Mohapatra, D.K. Breeding and seed production of Fin fish and Sellfish. Daya