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1. Tesis de Maestría y Doctorado >

Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: http://hdl.handle.net/1834/3431

Título : Poliploidia en moluscos de importancia comercial (almeja catarina Argopecten ventricosus Sowerby ii, 1842; almeja mano de leon Nodipecten subnodosus Sowerby 1835; y abulón rojo Haliotis rufescens Swainson 1822)
Autor : Maldonado, R.
Theses advisor: Ibarra, A.M.
ASFA Terms: Marine molluscs
Genetics
Growth
Fecha de publicación : 2003
Resumen : La poliploidía ha sido una de las biotecnologías más empleadas en la ultima década para el mejoramiento genético de moluscos bivalvos por ser una de las mejores alternativas a corto plazo para incrementar la producción. Los organismos triploides presentan tres juegos completos de cromosomas homólogos que afectan la sinapsis, lo cual da como resultado una esterilidad parcial o total, la cual teóricamente repercute favorablemente en el crecimiento. Sin embargo, la inducción a la triploidía presenta algunos problemas que podrían resolverse con la disponibilidad de tetraploides para producir triploides biológicos. En este trabajo se presentan los resultados del desarrollo de biotecnologías de poliploidía en tres especies de moluscos nativos al noroeste de México, el abulón rojo (Haliotis rufescens), la almeja catarina (Argopecten ventricosus) y la almeja mano de león (Nodipecten subnodosus). En abulón rojo se evaluó la inducción a la triploidía en tres épocas del año (mayo, septiembre y noviembre), obteniéndose en el mes de noviembre los mejores porcentajes de triploides. El éxito alcanzado en la triploidía fue paralelo a la viabilidad larval observada en larvas control durante cada inducción; la supervivencia más alta a trocófora y el coeficiente de variación (CV) más bajo ocurrió para las larvas producidas en noviembre o invierno. Las larvas producidas en mayo presentaron una supervivencia intermedia, mientras que las producidas en septiembre presentaron la supervivencia más baja a larva trocófora y el CV más alto. En almeja mano de león, para la cual se evaluaron diferentes concentraciones de citocalacina-B, se encontró que las concentraciones de CB de 0.75 mg/L y 1.0 mg/L presentaron el mayor éxito (87 % y 95 %, respectivamente), aunque la supervivencia larval estuvo inversamente correlacionada con el éxito a la triploidía. Al evaluar los efectos de la triploidía sobre la gametogénesis y el crecimiento de la almeja mano de león durante un período de 21 meses, comparando triploides, diploides tratados, y diploides control, se encontró que el crecimiento de los triploides no fue superior a los grupos diploides. La falta de ventaja de crecimiento del triploide ocurrió a pesar de la incapacidad de los triploides para madurar y formar gametos, mostrando una esterilidad del 95 % al 99 % con respecto a los diploides. Este resultado podría estar asociado con la característica reproductiva de esta especie en el sitio particular donde se realizo la evaluación, donde se ha observado que la reproducción es ‘oportunistica’, así como también podría estar relacionado con un efecto negativo de la alta productividad primaria en este sitio particular. En almeja catarina, especie para la cual ya se había desarrollado previamente el conocimiento sobre la triploidía (su inducción y ventajas en cultivo: Ruiz-Verdugo et al., 2000), en el presente trabajo se evaluó la inducción a la tetraploidía mediante tres métodos. El primero, por inhibición de la extrusión del primer cuerpo polar en ovocitos producidos por diploides y fertilizados por esperma haploide, produjo un porcentaje reducido de larva-D tetraploide, pero no resultó en supervivencia de estos a semilla o adulto. El segundo método, la inhibición de la primera división celular del cigoto, resultó principalmente en larva anormal no viable. El tercer método, la inducción a la tetraploidía inhibiendo el primer cuerpo polar en ovocitos de triploides fertilizados con esperma haploide, fue el único método en donde se obtuvo un alto porcentaje de larva-D tetraploide. De estas progenies tetraploides se logró el obtener adultos, mostrando que este es el único método viable para la producción de tetraploides, previamente demostrado para el ostión japonés. Adicionalmente a las definiciones de las mejores condiciones y métodos para inducción a la poliploidía en estas tres especies, y la evaluación del crecimiento comparativo entre diploides y triploides en una especie, se definieron algunos de los efectos que la condición de triploide tiene sobre la gametogénesis en pectínidos como la en almeja catarina y en almeja mano de león, evaluada a un nivel no previamente reportado en moluscos: estimación de la frecuencia de células gaméticas sexuales específicas para cada estadio de desarrollo y para cada sexo. Esto se realizó con fines de definir los estadios específicos de la ovogénesis y espermatogénesis en donde ocurre un arresto de la meiosis en los moluscos triploides. Se encontró que independientemente de la edad de muestreo y de la especie, el tipo de ovocito más abundante en triploides fue siempre el previtelogénico, mientras que en diploides siempre fue el vitelogénico. Esto indica que, en los pectinidos triploides el estadio de ovocito en el que la gametogénesis fue detenida fue en el ovocito previtelogénico, el cual se encuentra en la profase I, antes del estadio de diploteno. La causa principal para este arresto meiótico esta posiblemente asociada a problemas durante el estadio de cigoteno-paquiteno de la profase I, cuando la sinapsis y su resolución ocurren, ya que la presencia de tres cromosomas homólogos puede resultar en la formación de complejos sinaptoténicos anormales (múltiples entre cromátidas hermanas de los tres homólogos presentes), no resueltos al alcanzar el estadio de paquiteno. En la gónada masculina la espermatogénesis fue detenida en el estadio de espermatocito primario, indicando nuevamente que el arresto de la meiosis ocurre durante la etapa de la profase I, en el cigoteno – paquiteno, o antes de entrar al estadio de diploteno, el cual se sabe solamente se alcanza por aquellos ovocitos entrando a vitelogénesis (vitelogénicos), o por aquellos espermatocitos pasando a espermatocitos secundarios. Dado los resultados tanto en hembras como en machos de esta especie, en donde la esterilidad observada en triploides está dada por un arresto del proceso meiótico, evidenciado por la incapacidad de las células gaméticas para proceder a estadios meióticos más avanzados durante la gametogénesis, se propone que esta esterilidad puede ser resultado de la acción de mecanismos genéticos de mantenimiento celular recientemente descritos como “checkpoint mechanisms”. Finalmente, el tamaño celular y nuclear de los gametos en triploides presentó un incremento sustancial sobre el tamaño de las células y núcleos observados en diploides. Esto es indicativo de un incremento no solo en él numero de cromosomas en triploides, sino en el tamaño del núcleo conteniéndolos, así como un incremento en él numero de organélos y citoplasma para mantenimiento de esas células más grandes. Ese mayor tamaño en las células sexuales, específicamente los ovocitos, podría explicar el éxito logrado en la inducción a la tetraploidía en almeja catarina cuando se utilizaron ovocitos de triploides, ya que un mayor tamaño nuclear y celular permitiría un mejor acomodo de los cromosomas en la metafase y un mayor citoplasma permitiría una mayor reserva de componentes requeridos para la multiplicación de una célula poliploide (Guo y Allen, 1994c).
Polyploidy is a biotechnology that in the last decade had provided with an improvement method for mollusks in aquaculture. Triploids have three sets of chromosomes rather than the two carried by diploids. The third set has an effect on chromosomes synapsis, producing sterility during reproduction. That sterility is the most accepted cause for the better growth seen in triploids. Artificial induction to triploidy has some problems, which can be solved by the existence of tetraploids, which could be mated to diploids to produce biological triploids. This research presents results on the development of polyploidy biotechnologies for three mollusks species native to the northwest of Mexico: red abalone (Haliotis rufescens), the catarina scallop (Argopecten ventricosus), and the lion-paw scallop (Nodipecten subnodosus). In red abalone induction to triploidy was evaluated in three seasons, spring, summer, and winter, finding that the best results (85% to 100%) in percent triploids was when evaluated in the winter, and when CB concentration was not important in triploidy success. Success in triploid percent during each induction was parallel to larval viability in control groups: the largest survival to trochophore larvae and the lowest coefficient of variation was seen for the evaluations in November; the lowest survival and the highest coefficient of variation was seen during the evaluation in September; and for the May evaluation survival and CV were intermediate. In the lion-paw scallop, induction to triploidy was done only once, finding that concentration of CV was important in the success to produce triploids, but survival was inversely related to the percent of triploids produced. In lion-paw scallop, induction was done only during the natural reproductive season of this species, November, finding that the cytochalasin-B concentration used for the induction was important in the success to triploidy achieved, although there was an inverse relationship between CB concentration and D-larvae survival. Growth and gametogenesis were evaluated for triploids and diploids of the lion-paw scallop during a 21-mo period, not finding an advantage of triploid scallops over diploids for any of the traits evaluated for growth. The lack of advantage for triploids was observed in spite of 95% to 99% sterility in triploids. This is a unique result, as triploidy rarely has been reported as not advantageous in mollusks. Either, the reproductive strategy of this species (opportunistic), or a negative effect of high primary productivity at the site the study was carried might be related to this unique result. For the catarina scallop, a species for which triploidy had been previously demonstrated as feasible and highly promising for improving aquaculture production, the induction to tetraploidy, and the viability of tetraploids to juvenile size was investigated. Three methods were evaluated: inhibition of first polar body in eggs from diploids, inhibition of first cell division in diploid zygotes, and inhibition of first polar body in eggs from triploids. The first and the third did succeded in producing tetraploid larvae, but not the second one. However, juvenile and adult tetraploids were only seen when the third method was used, proving this method as the only one through which tetraploidy can be induced as previously demonstrated for the Pacific oyster. Using as model organism the catarina scallop and the lion-paw scallop, we attempted to understand the precise stage at which gametogenesis is inhibited in mollusks, which can allow for a better understanding of the effects of triploidy on gamete formation. Most previous studies in triploid mollusks had evaluated gametogenesis as developing stages describing the most common event at specific points in time, generally concluding that gametogenesis was delayed in triploids when compared to that seen in diploids. By using a different approach, that is, estimating the gametic cell type frequencies in both, diploids and triploids, the effects of triploidy on gametogenesis can be unequivocally defined to a particular cell type, and meiotic event. It was found that regardless of age at sampling, the most frequently occurring oocyte type in triploid scallops was the previtellogenic oocyte, whereas in diploids it was the vitellogenic oocyte. It is known that the previtellogenic oocyte in pectinids is in prophase I, at the pachytene - zygotene stage of meiosis, and that only those oocytes reaching the diplotene stage can become vitellogenic oocytes. Therefore, it can be concluded that triploidy induces sterility in pectinids because of inability to complete meiosis I, either at the pachytene or zygotene stage. In the male gonad of triploids, the most common gametic cell type was the primary spermatocyte, indicating again the arrest of meiosis at prophase I. Previous studies had proposed mechanical problems during synapsis of chromosomes as the cause of triploid sterility. However, genetic mechanisms can be proposed to be involved in the sterility seen among triploids, as those recently described as ‘checkpoints’, involving proteins detecting and arresting meiosis when failures or errors occur at different steps. Among those checkpoint mechanisms, the pachytene check point is proposed as one involved in the sterility seen among triploids, arresting the meiotic process when problems occur during the synapsis of chromosomes and with the resolution of chromosomes crossing over. Finally, gametic cells of triploids and diploids were compared for nucleus and cytoplasm diameter, finding a significant increase in cell and nucleus size in triploids over diploids. This result might point toward the cause for the only method to induce tetraploidy in catarina scallop having been only that using eggs from triploids, as these eggs would result in an increased probability of the extra set of chromosomes aligning correctly in the metaphase, and the largest cytoplasm would allow for an adequate energy reserve during cell divisions, as pointed out for the Pacific oyster (Guo y Allen, 1994c).
URI : http://hdl.handle.net/1834/3431
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