ДНК – молекулярна основа спадковості майже для всього життя на землі – найбільш часто організована в лінійні структури всередині клітинного ядра, які називаються хромосомами. Кожен окремий вид тварин або рослин має характерне, постійне число хромосом. Плоїдність означає ступінь кратності цього основного числа хромосом.
У той час як більшість організмів є диплоїдними (володіючи двома повними наборами хромосом, або 2n), іноді, звичайно у рослин зустрічаються поліплоїди, що мають більше двох повних наборів. Фактично, триплоїд ( організми, які мають три хромосомних набору, 3n ) є цілком звичайними у рослин в традиційному сільському господарстві. Більшість бананів, які продаються на ринку, є триплоїдами, також як і багато декоративних рослин та дерев. Можливо, найбільш звичний приклад триплоїдної рослини в сьогоднішньому сільськогосподарському виробництві це “безкісткові” кавуни. Триплоїдні тварини набагато рідше, ніж триплоїдні рослини, використовуються у виробництві, головним чином, це риби і двостулкові молюски.
Головною перевагою триплоїдів в будь-якій формі сільського господарства є те, що вони, як правило, стерильні. Як згадано вище, більшість рослин і тварин є диплоїдами, кожна клітина тіла яких містить два повних набору хромосом. Нормальний процес клітинного ділення, пов’язаний з ростом, іменований мітозом, забезпечує точне отримання кожною новою дочірньої кліткою повного диплоїдного набору хромосом. Однак при статевому дозріванні в клітках відбувається альтернативний процес клітинного ділення, в результаті якого, утворюються статеві клітини – гамети, або яйцеклітини і сперматозоїди. Цей процес (що називається мейозом) включає два окремих етапи, які називаються, відповідно, мейоз I та мейоз II. Багатоступенева природа процесу гарантує, що кожна яйцеклітина або сперматозоїд містить тільки один повний набір хромосом (гаплоїдний набір). Наслідком цього редукційного поділу є те, що при зливанні цих клітин в процесі зачаття, утворений ембріон має відновлений диплоїдний набір хромосом.
Природа стерильності у триплоїдів очевидна. Під час першого етапу мейозу схожі хромосоми (названі «гомологічними» хромосомами) в клітці перед поділом об’єднуються в пари. У триплоїдній клітці цей основний етап мейотичного процесу працює не точно, тому що гомологічні хромосоми не можуть об’єднатися в пари і розділитися порівну. Такий збій мейотичного поділу і пояснює стерильність триплоїдів у “безкісточкового” кавунів або устриць з щільним м’ясом під час нормального репродуктивного періоду.
Виробництво і використання триплоїдів
Більшість тріплоїдних рослин, вироблених в сільському господарстві, є результатом схрещування між тетраплоїдними (4n) та диплоїдними батьками, при рекомбінації 2n- і n- гамет утворюється триплоїдний організм. Оскільки, у тварин в загальному тетраплоїдність неможлива, то необхідні інші методи отримання триплоїдів.
Ключ до розгадки життєздатності триплоїдів у риб було отримано в ході наукових досліджень причин появи в природних популяціях особин, у яких були відсутні вторинні статеві ознаки. Цитогенетичне вивчення цих тварин виявило їх триплоїдність, що підтвердило можливість існування життєздатних триплоїдів в природі та доступність механізму їх отримання. В ході попередніх досліджень на амфібіях було виявлено, що різна обробка яйцеклітини відразу після запліднення призводить до утворення триплоїдного ембріона. Одни словом, це відбувається завдяки тому, що в більшості випадків при заплідненні ікри риб не відбувається завершення другої стадії мейозу. При нормальному ході запліднення яйцеклітина закінчує процес мейозу відразу після запліднення і зайвий хромосомний набір (у вигляді так званого вторинного полярного тільця) видаляється з яйцеклітини. При використанні холодового або теплового шоку, високого тиску, або певних видів хімічної обробки цей другий розподіл в процесі мейозу не відбувається, і додатковий набір материнських хромосом зберігається. Отримані в результаті ембріони мають один батьківський і два материнських набору хромосом і, отже, є триплоїдами.
На триплоїдність покладали великі надії, особливо на такі цінні види риб як форель та лосось. Очікувалося, що ці стерильні тварини могли б мати більш високий темп зростання і уникнути проблем, які зазвичай супроводжують статеве дозрівання, таких як погіршення якості м’яса і зменшення виходу продукції. Однак на практиці виявилося, що триплоїдні самці у лосося зазнають значного вторинного статевого розвитку (можливо через великої кількості нормального клітинного ділення в процесі формування насінників, що передує мейозу). Крім того, багато промислових методів отримання триплоїдів, мають високий рівень мінливості по одержуваних результатах (частка реально отриманих триплоїдів).
Проте, триплоїдність риб може застосовуватися в безлічі ситуацій . Так, наприклад, триплоїдних риб рекомендується використовувати для ситуацій, коли небажані міжпородні схрещування або репродуктивна конкуренція у випадковій втечі інтродукованої риби в природні водойми (з рибами з природної популяції). Також виявлено, що індукування тріплоідізаціі у міжвидових гібридів риб, які зазвичай не дають життєздатного потомства, стабілізує схрещування і підвищує відсоток запліднення. Такі гібриди використовуються для вивчення багатьох фізіологічних особливостей риб, в тому числі стійкості до захворювань і адаптації до солоної води.
Унікальна можливість
Для оцінки потенційних переваг, які можна отримати від промислового використання триплоїдів райдужної форелі, стальноголового і атлантичного лосося, компанія «Troutlodge» (США) однією з перших в даній галузі почала всебічні, масштабні експерименти щодо вдосконалення процесу тріплоїдізації. Ранні роботи, спрямовані на зменшення розкиду в результативності тріплоідізаціі, досягли стану, в якому зараз досягаються стабільні результати. Результативність, підтверджена потоковою цитометрією (процес, який оцінює відносна кількість ДНК в клітині; триплоїди мають в 1,5 рази більшу кількість ДНК в клітині в порівнянні з диплоїдами), становить понад 95%, з більшістю проб, які демонструють 100% частку індукції. Процес тріплоїдізації зараз дає настільки стабільні результати, що періодичний відбір проб на кількість триплоїдів застосовується тільки як метод контролю або виконується по спеціальному запиту.
Суперінтенсивна сучасна форельна ферма
У зв’язку з тим, що самці триплоїдів не користуються великим попитом в аквакультурі, експерти рекомендують комбінування триплоїдного і одностатевого (тільки самки) виробництва. Триплоїдні самки не дають ікри і, в загальному, перевершують диплоїдну рибу, якщо вирощування проводиться до великої ваги, або відбувається в нерестовий сезон. Риби триплоїдної одностатевої (тільки самки) лінії мають більш високий темп зростання і дозволяють отримати стабільну продукцію в багатьох подібних ситуаціях. Більш низька стійкість триплоїда до стрес-факторів, виявлена в виробничих умовах, є високо мінливою і часто не проявляється при правильному управлінні процесами вирощування.
Спеціалісти рекомендують використовувати стерильних лососевих риб в ситуаціях, коли вирощування відбувається в терміни, котрі захоплюють нерестовий сезон для запобігання розмноження у випадку втечі риб, або при виробництві риби промислового розміру 4-5 кг. Для водойм з платної риболовлею можна використовувати як триплоїдного, так і одностатевих (тільки самки) риб. Поєднання цієї технології і генетичних удосконалень, властивих триплоїдам, робить цю комбінацію по-справжньому унікальною.
Переклад підготовлений на основі статті ” Triploids in Aquaculture – Genetics ” з сайту компанії Troutlodge.
