Androgeneza jako potencjalne

narzędzie ochrony i restauracji

populacji ryb

dr inż. Dariusz Kaczmarczyk

2010_107_DK

PLAN PREZENTACJI

• Definicja androgenezy

• Przebieg i zastosowanie androgenezy

• Androgeneza- metody przeprowadzania

• Androgeneza - wyniki

• Przyczyny małej skuteczności androgenezy

• Technika androgenezy oparta na podwójnym zaplemnieniu

• Angrogeneza oparta na podwójnym zaplemnieniu u ryb

jesiotrokształtnych

02

Androgeneza - jest techniką inżynierii genomowej, umożliwiającą
otrzymywanie potomstwa, którego jądrowy materiał genetyczny pochodzi w
całości od osobników ojcowskich

Androgeneza wymaga aby ziarna ikry zostały poddane inaktywacji
matczynego materiału genetycznego a następnie zaplemnieniu plemnikami i
powieleniu ich genomów.

03

Androgeneza wewnątrzgatunkowa – gamety pochodzą od ryb tego
samego gatunku

Androgeneza międzygatunkowa - gamety pochodzą od różnych jednostek
taksonomicznych.

androgeneza

restytucja
stad
rozrodczych
i gatunków?

kriokonserwa
cja
nasienia ryb

W androgenezie można stosować kriokonserwowane nasienie ryb i
tym samym wprzęgnąć ją jako element strategii ochrony populacji

DLACZEGO ANDROGENEZA?

• Potencjalnie użyteczna w odtwarzaniu

gatunków, populacji i linii
hodowlanych

• Może służyć do tworzenia stad

jednopłciowych (monosex stocks)

• Jedna z metod klonowania ryb

04

• karpiowatych (danio pręgowane, karp, karaś, gatunki reofilne)

• łososiowatych (pstrąg tęczowy, potokowy, łososie atlantyckie i

pacyficzne)

• okoniowatych (tilapie)

• jesiotrowatych (jesiotr syberyjski, jesiotr rosyjski, jesiotr

jeziorowy, bieługa)

• sumowatych (sumik kanałowy, sum afrykański, sum europejski)

• szupakowatych (szczupak amerykański, szczupak pospolity)

05

ANDROGENEZA - ZASTOSOWANIE

Technika androgenezy opracowana w latach 1950-tych wieku,
przetestowana w rozrodzie wielu gatunków należących miedzy innymi do
rodzin:

ANDROGENEZA - PRZEBIEG

Inaktywację jądrowego genomu ikry przeprowadza się wykorzystując:

• promieniowanie jonizujące (gamma lub X) (wykorzystywane do

komórek jajowych o znacznych rozmiarach) cechuje się: duża
przenikliwością, powoduje fragmentację łańcucha DNA i
fragmentację chromosomów,

• promieniowanie UV wykorzystywane do oocytów o mniejszych

rozmiarach powoduje: zmiany w zasadach pirymidynowych, blokuje
replikację, degraduje DNA,

Dawki promieniowania muszą być dobrane tak aby nie zniszczyć

mitochondrialnego DNA, mRNA, oraz białek

06

Łuczyński 2008, M. Pawłowski

ANDROGENEZA - PRZEBIEG

• Zaplemnienie enukleowanych oocytów (kriokonserwowanym bądź

świeżym nasieniem)

• Zastosowanie udaru środowiskowego, (ciśnieniowego bądź

chemicznego) w celu zatrzymania I podziału mitotycznego i
odtworzenia diploidalnego stanu genomu

• Moment zastosowania i czas trwania udaru zależy od gatunku ryby

07

Tave 1993

•Inaktywacja matczynego DNA za pomocą promieniowania UV mniej
uszkadza organelle komórkowe oocytu niż promieniowanie
przenikliwqe

•Syntetyczny płyn jajnikowy może zmniejszać śmiertelność ikry
wywołaną manipulacjami takimi jak naświetlanie promieniowaniem
przenikalnym czy udary środowiskowe.

•Udar termiczny jest bardziej inwazyjny niż udar ciśnieniowy

08

ANDROGENEZA - PRZEBIEG

ANDROGENEZA – WYNIKI

• Znaczna śmiertelność androgenotów - konsekwencja drastycznych dla

oocytu zabiegów napromieniowania i diploidyzacji

• Promieniowanie UV mniej szkodliwe niż promieniowanie przenikliwe

• Wylęg androgenetyczny masowo zamiera po opuszczeniu osłonek jajowych

• Narybek zazwyczaj nie osiąga dojrzałości płciowej

• Androgeneza międzygatunkowa - zaledwie w kilku przypadkach uzyskano

żywotne potomstwo

• Wskutek eliminacji osobników posiadających allele o działaniu letalnym i

subletalnym potomstwo androgenotów wykazuje zwykle wyższą
przeżywalność niż pokolenie ich rodziców

09

Łuczyński 2008

IDENTYFIKACJA ANDROGENOTÓW

Markery fenotypowe:

polimorfizm białek enzymatycznych, cechy recesywne np. niebieska
barwa ciała u karpia.

Markery genetyczne:

polimorfizm loci mikrosatelitarnych, PCR RFLP, DNA fingerprinting.

10

P. Woźnicki

PRZYCZYNY NIEWIELKIEJ SKUTECZNOŚCI ANDROGENEZY

- zniszczenie mitochondrialnego DNA
- inkorporacja do genomu androgenotów pozostałości

chromosomów matczynych

- zaburzenie działania organelli komórkowych
- mozaikowatość osobników jako skutek udaru ciśnienieniowego

lub termicznego

11

•Skutki działania promieniowania inaktywującego genom oocytu i

udaru diploidyzującego:

•Śmiertelność i wady rozwojowe jako konsekwencja ekspresji alleli o

działaniu letalnym i subletalnym

Odbudowa stad i gatunków ryb przy wykorzystaniu zasobów

zgromadzonych w bankach kriokonserwowanego nasienia
jest ograniczona wskutek bardzo niewielkiej przeżywalności

Androgeneza międzygatunkowa sporadycznie prowadzi do

uzyskania żywotnego potomstwa, i nie można jej jeszcze
traktować jako metodę ochrony i restytucji gatunków,
konieczne jest usprawnienie oraz poznanie i przezwyciężenia
genetycznych i morfologicznych mechanizmów
ograniczających jej skuteczność.

12

ANDROGENEZA – INNE POTENCJALNE ZASTOSOWANIA W OCHRONIE I

RESTYTUCJI STAD HODOWLANYCH, POPULACJI I GATUNKÓW RYB

• Poznać reakcję poszczególnych składników komórek jajowych na

zabiegi inaktywujące genom jądrowy

• Poznać reakcję zygot androgenetycznych na zabiegi diploidyzujące

genom jądrowy

• Poznać przebieg rozwoju zarodkowego w kontekście zabiegów

inaktywujących jądrowy genom matczyny oraz zabiegów
diploidyzujących

• Poznać przyczyny zamierania zygot androgenetycznych podczas

różnych etapów ich ontogenezy

• Zaproponować techniki zmniejszające poziom zinbredowania

androgenotów względem stada wyjściowego np. androgeneza oparta
na zaplemnieniu dwoma plemnikami (dispermii)

13

JAK POPRAWIĆ EFEKTYWNOŚĆ ANDROGENEZY?

Androgeneza oparta na zaplemnieniu dwoma plemnikami

14

Tave 1993

Ograniczenia

• Problemy w odróżnieniu „zwykłych” samców od supersamców

• Trudna do zastosowania na skalę masową

• Środki chemiczne stosowane do „sklejania” błon komórkowych

plemników mogą być szkodliwe dla rozwoju ikry i embrionów

• Nie można jej stosować do klonowania ryb

Androgeneza oparta na podwójnym zaplemnieniu –

jako narzędzie ochrony ryb

15

Androgeneza jako metoda klonowania ryb

• Użyteczna gdy celem jest

stworzenie stada składającego
się z identycznych osobników

• Składa się z dwóch etapów:

• W oparciu o nasienie osobnika

P otrzymujemy osobniki o
rożnych genotypach
(pokolenie F

1

), lecz

homozygotyczne we
wszystkich loci

• Spośród osobników pokolenia

F

1

wybiera się ryby o

pożądanych cechach i używa
się ich nasienia do otrzymania
pokolenia F

2

na drodze

androgenezy

16

P. Woźnicki

Komen i Thorgaard 2007

I. Androgeneza wybranych samców

Androgeneza jako metoda klonowania ryb

17

P. Woźnicki

II. Androgeneza samców F

1

LITERATURA

• Clifton J. D., Pandian T. J. 2008. Dispermic induction of interspecific androgenesis in the fish, Buenos Aires tetra using

surrogate eggs of widow tetra Current Science, 1: 64-74.

• Grunina, A. S., and Recoubratsky A. V. 2005. Induced Androgenesis in Fish: Obtaining Viable Nucleocytoplasmic

Hybrids Russian Journal of Developmental Biology, 4, 208–217.

• Komen H., Thorgaard G.H. 2007. Androgenesis, gynogenesis and the production of clones in fishes: A review.

Aquaculture, 269: 150–173.

• Łuczyński M. 2008. Biotechnologia w akwakulturze ryb słodkowodnych: inżynieria genomowa jako narzędzie ochrony

gatunków. W: Trendy biotechnologii środowiska (red. Wojnowska-Baryła) 11-38 wyd. UWM Olsztyn 220p.

• Łuczyński M., Burzyński A., Ocalewicz K., Kowalski R., Jankun M., Hliwa P., Kaczmarczyk D. „Androgeneza jako

możliwość ochrony i odnowy populacji i gatunków ryb”

• Tave D. 1993. Chromosomal manipulation. Aquaculture Magazine. 16: 62–65.
• Woźnicki P. manipulacje hromosomowe u ryb, http://www.uwm.edu.pl/ryby-

spo/download/szkolenie1/wyklad_2_manipulacje_genomowe_u_ryb.pdf

• http://www.uwm.edu.pl/ryby-

spo/download/szkolenie2/wyklad_3_dlugoterminowe_przechowywanie_nasienia_ryb_jesiotrowatych.pdf (4.11.2010 23:01)

• Pawłowski M. Kriokonserwacja gamet oraz potencjalne zastosowania androgenezy w ochronie i restytucji stad

hodowlanych, populacji i gatunków ryb.

18