Polyspermie u jeseterů dává vzniknout životaschopným mozaikám

MSc. Viktoriia Barativna IEGOROVA

Doctoral thesis

Polyspermy produces viable mosaics in sturgeon

Abstract:

Chapter 1 (General Introduction), Chapter 2 (Polyspermy produces viable haploid/diploid mosaics in sturgeon), Chapter 3 (First evidence of viable progeny from three interspecific parents in sturgeon), Chapter 4 (General discussion, English Summary, Czech Summary, Acknowledgements, List of Publications, Training and Supervision Plan during Study, Curriculum Vitae). The thesis is written in English, contains 72 pages. The results were published in two scientific journals. The actuality of work: The majority of sturgeons are critically endangered and at the same time they are producers of the most expensive food product - black caviar. Presently, sturgeon restoring and conservation are depended on artificial reproduction in hatcheries. However, the way of fertilization is not clear: monospermy, physiological or pathological polyspermy? Moreover, during last decades it was believed that under artificial fertilizations, can appear atypically divided embryos like 3 or 6 cells, which die prior hatching stage or sometimes develop into malformed shape fry with soon death due to deformations. Atypically divided embryos, their origin and the reason of appearance was not studied well. Investigation of fertilization aspects in economically significant and endangered fishes is extremely important. Requires attention and studies a hybridization abilities in sturgeons, as hybridization plays an important role in sturgeon evolution. The purposes of the study were: to find a way of fertilization in sturgeons (monospermy/polyspermy); to understand the reasons of atypical division of cells during artificial breeding; to investigate if atypically divided embryos are able to develop beyond the feeding stage, to analyze their ploidy; to classify the types of atypically divided embryos and their frequency; to investigate sturgeon hybridization plasticity, to produce first interspecific hybrid from three parents. Novelty and scientific originality: In this research two ways of fertilization were found in sturgeons: physiological polyspermy (fertilization typical for caudate amphibians) and karyogamy with an additional plasmogamy, which results in production of viable multiple-sperm mosaics with atypical division on the 2-4 cell stage and mosaic ploidy). Conducted research is important for avoiding of negative effect on sturgeon propagation programs, due to uncontrolled fertilization and releasing of multiple-sperm mosaics into the wild, which can cause appearance of sturgeons with irregular ploidy and induce a detrimental genetic effects on sturgeon populations. However, multiple-sperm mosaics, which were discovered in this study and their easy way of production can be used as a beneficial tool for a rapid manufacture of isogenic strains in sturgeons. In this study was shown that applying of just one part of body (blood, tail, etc.) for ploidy determination is not giving a full view of a real ploidy of the studied individual. A huge ability for hybridization and plasticity were described in sturgeon. It was possible to generate a first viable hybrids from three interspecific parents.

Abstract:

Kapitola 1 (Obecný úvod), Kapitola 2 (Polyspermie u jeseterů dává vzniknout životaschopným haploidním/diploidním mozaikám), Kapitola 3 (První důkaz vzniku životaschopného potomstva od tří mezidruhových rodičů u jesetera), Kapitola 4 (diskuse, shrnutí v angličtině, shrnutí v češtině, poděkování, seznam publikací, plán školení a supervize během studia, životopis). Práce je psána v angličtině, obsahuje 72 stran. Výsledky byly publikovány ve dvou vědeckých časopisech. Aktuálnost tématu práce: Většina jeseterů je kriticky ohrožena. Zároveň se jedná o producenty nejdražšího potravinářského produktu - černého kaviáru. V současné době je obnova a uchování jeseterů závislá na umělé reprodukci v líhních. Ovšem způsob oplození není zcela jasný: monospermie, fyziologická nebo patologická polyspermie? Kromě toho se v posledních desetiletích věřilo, že díky umělému oplodnění se mohou objevit atypicky se dělící embrya (3, nebo 6 buněk), které uhynou před fází vykulení nebo se někdy vyvíjejí s různými malformacemi a hynou v prvních dnech života. Atypicky se dělící embrya, jejich původ a vzhled nebyly zatím dobře studovány. Výzkum aspektů oplození u ekonomicky významných a ohrožených ryb je velice důležité. Studium hybridizačních schopností u jeseterů vyžaduje pozornost, protože hybridizace hraje důležitou roli při vývoji jeseterů. Účelem studie bylo nalézt způsob oplození u jeseterů (monospermie/polyspermie); porozumět důvody vzniku atypického dělení buněk vznikajícího během umělé reprodukce; prozkoumat, zda se atypicky dělící embrya mohou vyvíjet do fáze příjmu potravy, analyzovat jejich ploidní úroveň; klasifikovat typy atypického dělení a jejich četnost; prozkoumat plasticitu hybridizace u jeseterů, vytvoření prvního mezidruhového hybrida vzniklého ze tří rodičů. Novost a vědecká originalita: V tomto výzkumu byly nalezeny dva způsoby oplození u jeseterů: fyziologická polyspermie (oplození typické pro ocasaté obojživelníky) a karyogamie s dodatečnou plasmogamií (produkuje životaschopné mozaiky s atypickým dělením ve stádiu 2-4 buněk a různými ploidními úrovněmi). Prováděný výzkum je důležitý pro vyvarování se negativnímu vlivu při chovu areitrodukčních programech jeseterů v důsledku nekontrolovaného oplození a vytvoření polyspermních mozaik vypouštěných do volné přírody, což může způsobit objevování jeseterů s nepravidelnou ploidií a vyvolat škodlivé genetické účinky na populace jeseterů. Nicméně polyspermní mozaiky, které byly objeveny v této studii a jejich snadný způsob produkce, mohou být použity jako přínosný nástroj pro rychlé vytváření klonálních linií u jeseterů. V této studii bylo prokázáno, že aplikace pouze jedné části těla (krev, ocas apod.) pro určení ploidní úrovně neposkytuje úplný pohled na skutečnou ploidii studovaného jedince. Byla popsána velká schopnost hybridizace a plasticita u jeseterů. Bylo možné vytvořit první životaschopné mezidruhové hybridy od tří rodičů.

Keywords

jeseter, polyspermie, mozaiky, ploidie, hybridizace

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 11. 2018

Thesis defence

• Supervisor: MSc. Taiju Saito, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery