Индуцированный гиногенез
Под индуцированным гиногенезом1 понимают получение гиногене-
тических потомств у видов рыб, размножающихся обычным половым
путем. Принципиальная возможность решения такой задачи была показана
еще в 1913 г. немецким исследователем К. Опперманом в опытах
с радужной форелью.
Систематические исследования по индуцированному
гиногенезу как методу селекции рыб были начаты в конце 50-х и начале
60-х годов под руководством К. А. Головинской и Д. Д. Ромашова
[см. 204]. К настоящему времени гиногенетические потомства получены
Гиногенез - редкая форма полового размножения, при котором развитие
зародыша осуществляется без участия отцовской наследственности. Естественный
гиногенез обнаружен в четырех семействах рыб, в том числе и в семействе карповых
- у однополой формы серебряного карася. Цитогенетические особенности естественного
гиногенеза приводят к тому, что потомство каждой самки представляет
собой клон, генетически тождественный материнской форме. Самки таких клонов
размножаются с участием самцов близких бисексуальных видов [ см. 198].
Рис. 23. Схема получения диплоидного
индуцированного гиногенеза у рыб [из
Спеуа$8и8е1а1., 1979]
'С, ШОК
Диплоидный гиногеисз,
жизнеспособны
и исследованы у многих видов рыб:
карпа, белого амура, белого толстолобика,
радужной форели, нескольких
видов камбал, тиляпий, двух видов
индийских карпов и других
рыб [204,231].
Для получения гиногенетическо-
го потомства у видов, размножающихся
обычным половым путем,
необходимо решить две главных задачи
(рис. 23). Первая состоит в
осуществлении генетической инактивации
спермиев, что сравнительно
просто достигается путем обработки
спермы высокими (инактивирующи-
ми) дозами мутагенов. В качестве
мутагена при получении гиногене-
тических потомств используют
обычно высокие дозы радиации
(радиационный гиногенез).
Облучение спермы ионизирующей радиацией в дозах порядка 100-200 кР
или ультрафиолетом в дозах порядка 300 Дж/м2 вызывает разрушение
хромосом. При этом благодаря относительно низкой радиочувствительности
цитоплазматических компонентов клетки облученные спермин
сохраняют способность активно двигаться в воде, проникать в яйцеклетку
и побуждать ее к развитию.
Осеменение икры генетически инактивированной спермой приводит к
образованию гаплоидных зародышей, развивающихся под контролем
одинарного женского набора хромосом. Такие потомки погибают в период
вылупления. Для получения полноценных (диплоидных) гиногенетичес-
ких потомков необходимо решить вторую, более сложную задачу: добиться
удвоения хромосомного набора яйцеклетки, что будет компенсировать
недостающие мужские хромосомы'.
Разработано несколько способов диплоидизации женского хромосомного
набора [204]. Чаще всего для этой цели используют так называемые
"температурные шоки" — воздействие сублетальными (низкими
или высокими) температурами на неоплодотворенную (стадия метафа-
зы II) или оплодотворенную (стадия анафазы II) икру2. В результате
Гаплоидный гиногенез,
погибают
В очень редких случаях этот процесс протекает спонтанно.
2 В последние годы в качестве шокового воздействия начали применять гидростатическое
давление.
92
такого воздействия два материнских хромосомных набора (продукты
второго деления мейоза) остаются в яйцеклетке и формируют диплоидное
ядро гиногенетического зародыша. Реже температурный шок применяют
на стадии первого деления дробления. В последнем случае диплоид-
ность восстанавливается в результате объединения двух гаплоидных наборов,
образовавшихся в митозе.
Эффективность температурного шока подтверждена многократно
на разных видах рыб [204], в отдельных случаях выход гиногенетических
диплоидных потомков удавалось поднять до 62 % (вьюн), 56% (карп),
93 % (разные виды камбал), 25 % (форель), 23 % (белый амур), что на
2—3 порядка выше частоты спонтанной диплоидизации женских хромосом.
Восстановление диплоидности по материнскому комплексу во втором
делении мейоза приводит к повышенной гомозиготизации. Вероятность
перехода гена в гомозиготное состояние зависит от частоты мейотического
перекреста на участке хромосомы между геном и центромерой и в связи
с этим различна для разных генов.
Как показали исследования на карпе [197,198] и форели [257] .частота
гетерозигот в первом поколении индуцированного гиногенеза колеблется
по отдельным генам от 0,05 до 0,99 (карп) и от 0,02 до 1 (форель).
Вероятность же перехода гена в гомозиготное состояние составляет за одно
поколение индуцированного гиногенеза в среднем 0,4 (форель) и 0,6
(карп).
В первых поколениях индуцированного гиногенеза скорость гомозиготизации
(коэффициент инбридинга) оказывается, таким образом, выше,
чем при тесном инбридинге (скрещивания типа брат х сестра). Однако в
последующих гиногенетических поколениях (у радужной форели, например,
после четвертого поколения [257]) она тормозится генами (по которым
устойчиво поддерживается гетерозигогность) и становится ниже,
чем при скрещивании сибсов.
Большой интерес представляет метод диплоидизации женских хромосом
на стадии первого деления дробления зародыша, который позволяет
получать полностью гомозиготных потомков за одно поколение индуцированного
гиногенеза.
При женской гомогамегаости (9 9X30 все гиногенетические потомки
являются самками. Однополо-женские гиногенетические потомства получены
у карпа, радужной форели и белого амура [204].
Высокая степень гомозиготизации при индуцированном гиногенезе
отрицательно влияет на многие признаки. Этот вопрос наиболее полно
изучен на карпе. У гиногенетических карпов наблюдается снижение жизнеспособности
(особенно на первом и втором годах жизни), появление
уродств, повышенная восприимчивость к заболеваниям и нарушения в
развитии яичников [204].
Индуцированный гиногенез может найти применение во многих селекционно-
генетических работах с рыбами [197, 199, 204]. Одна из наи-
93
более важных областей применения индуцированного гиногенеза в практической
селекции — ускоренное получение с помощью данного метода
высокоинбредных (высокогомозиготных) семейств (линий). Высокая
скорость гомозиготизации при индуцированном гиногенезе ведет к генетической
однородности индивидуальных гиногенетических потомств. Методом
трансплантации тканей, в частности, показано [244], что четвертое
последовательное гиногенетическое поколение карпа представляет собой
фактически изогенную группу (линию). Гиногенетические линии можно
использовать в промышленных скрещиваниях. Опыт такого использования
индуцированного гиногенеза имеется у венгерских селекционеров,
которые сообщают, что промышленные гибриды, полученные с участием
некоторых гиногенетических линий, на 10 % превосходили по продуктивности
лучший кросс венгерского карпа [2541.
Необходимо подчеркнуть, что получению гиногенетических линий для
промышленных скрещиваний должны предшествовать обычная селекция
и выявление племенных групп с высокой комбинационной способностью.
Таким образом, использование индуцированного гиногенеза нужно рассматривать
как часть общей селекционной программы.
Применение индуцированного гиногенеза позволяет решать и ряд
других важных задач [204]. Выше была показана целесообразность использования
этого метода совместно с индуцированным мутагенезом
для ускоренного выявления рецессивных мутаций при мутагенной селекции.
С помощью гиногенеза можно выявлять редкие рецессивные гены
и при обычной селекции. Индуцированный гиногенез представляет
интерес как способ получения однополо-женских потомств1, выращивание
которых во многих случаях более выгодно, чем обычных двуполых
(см. ниже). Исследование гиногенетических потомств дает селекционеру
важные сведения об особенностях проявления инбредной депрессии у разных
видов рыб при разной степени инбридинга. Генетически однородные
линии могут служить удобным материалом для изучения влияния моди-
фикационных факторов на изменчивость признака (см. гл. 1). В специальных
генетических работах с помощью индуцированного гиногенеза
можно определить локализацию генов на хромосоме относительно центромеры
(картировать гены). Ниже будет показано использование гиногенеза
в работах с отдаленными гибридами рыб.
В области практического использования данного метода наибольшие
успехи достигнуты на карпе [204]. Разработана технология получения
гиногенетических потомств карпа в промышленных масштабах [201],
с помощью которой получены десятки тысяч диплоидных гиногенетических
карпов. Как упоминалось выше, данный метод применяется в
селекции казахстанского карпа, его использование предусмотрено программой
селекции среднерусского карпа (см. гл. 4). Наиболее продвинуто
Следует иметь в виду, что непосредственное использование гиногенетических
самок у многих видов рыб вряд ли будет экономически целесообразно из-за сильного
проявления инбредной депрессии. Для получения однополо-женских
потомств целесообразно применять гиногенез в сочетании с гормональной инверсией
пола (см. ниже).
94
использование гиногенеза в селекции венгерского карпа; здесь от разных
селекционных групп карпа получены гиногенетические линии (включая
четвертое последовательное поколение индуцированного гиногенеза)
и проведены промышленные скрещивания с их участием [254]. Начато
использование индуцированного гиногенеза в селекции пеляди [167].
В работах с форелью и другими видами рыб индуцированный гиногенез
успешно применяется для регуляции пола и получения однополо-женских
потомств (см. ниже).
