Hybridizace jeseterů

MSc. Sahana SHIVARAMU

Doctoral thesis

Hybridization of sturgeons

Abstract:

The present study focused on different types of hybridization and their impacts on compare reproductive features (fertilization rate and hatching rate) and, fitness-related traits such as growth rate, cumulative survival rate, critical swimming speeds and specific growth rate in different sturgeon species, as well as level of heterozygosity among sturgeon hybrids and purebreds using set of microsatellite loci. Production of intraspecific hybrids between different populations is one of the effective strategy in aquaculture in order to obtain better offspring. Additionally, it is pivotal to monitor the genetic condition of the stocks before producing hybrids. The population genetic analysis of Danube and Volga population of sterlet showed that both the populations are genetically divergent. Additionally it revealed the gene diversity and level of heterozygosity was high in Danube population compared to Volga population. The intraspecific hybrids produced between Danube and Volga sterlet were subjected to performance tests. The significant effects of hybrid vigor were recorded in terms of average weight and cumulative survival of produced hybrids as well as reproductive features like fertilization rate and hatching rate. The results from critical swimming speed in changing temperatures assessments revealed no significant differences among the purebred and hybrid crosses which indicated no effect of intraspecific hybridization on critical swimming speed in juvenile stage. The mean number of alleles and level of heterozygosity was significantly higher in one of the reciprocal hybrid. This suggests us that it is not just production of hybrids but it is always necessary to take the position of the individual population in a hybridization matrix. Detailed investigation of fitness-related traits (growth rate and cumulative survival) in purebreds of Russian sturgeon and Siberian sturgeon and their interspecific hybrids were undertaken. Russian sturgeon and Siberian sturgeon belongs to same ploidy level (Recent tetraploids). Our results revealed both the hybrids (reciprocal) performed better than both the parent species in one of the fitness-related traits examined. One of the hybrid (Russian sturgeon × Siberian sturgeon) recorded best growth rate and its reciprocal hybrid recorded the best survival rate (Siberian sturgeon × Russian sturgeon). Although no significant difference was observed in the heterozygosity levels among the purebred and hybrid crosses, the mean number of alleles was significantly higher in Siberian sturgeon × Russian sturgeon hybrid. Experimental interbreeding of sturgeon species (sterlet and Siberian sturgeon) bearing different ploidy levels and chromosome numbers, followed by molecular investigation of obtained progeny and examination of fitness-related traits revealed one of the hybrid performed better than purebreds. Additionally the heterozygosity levels were significantly high in one of the hybrid. The general rule of the negative interaction which could occur between the parental genes with different ploidy and its apparent impact on the intergeneric hybrid genome was not supported in our study. Therefore, given the evidences and observations provided by this study in controlled conditions, the above mentioned intraspecific and interspecific hybrids could be suggested for intensive aquaculture and might be also suitable for polyculture stocks. With respect to the growth properties of the monitored hybrids, these hybrids may present a significant competitive risk for wild populations of pure sturgeon species, in the event of their release into wild. Added to that, due to the easy hybridization of sturgeons in aquaculture conditions, as well as in natural waters, presents a considerable potential for this issue for further scientific research aimed at using different types of hybrids in aquaculture, as well as their impact on pure species in natural waters.

Abstract:

Tato studie se zaměřila na různé typy hybridizace a jejich dopady na porovnávané reprodukční rysy (oplozenost a líhnivost) a rysy související s fitness, jako je rychlost růstu, míra kumulativního přežití, kritické rychlosti plavání a specifická rychlost růstu jeseterů a jejich úroveň heterozygozity mezi čistými plemeny a hybridy pomocí souboru mikrosatelitních lokusů. Produkce vnitrodruhových hybridů mezi různými populacemi je jednou z účinných strategií v akvakultuře pro zisk lepšího potomstva. Kromě toho je klíčové sledovat genetický stav populace před produkcí hybridů. Populační genetická analýza populace jesetera malého z Dunaje a Volhy ukázala, že obě populace jsou geneticky odlišné. Navíc se ukázalo, že genová diverzita a úroveň heterozygozity je v populaci Dunaje ve srovnání s populací Volhy vysoká. Intraspecifičtí hybridi vzniklí mezi Dunajskou a Volhovskou populací jesetera malého byli podrobeni užitkovým testům. Významné účinky hybridní zdatnosti byly zaznamenány vzhledem k průměrné hmotnosti a kumulativnímu přežití produkovaných hybridů, jakož i v reprodukčních vlastnostech, jako je míra oplozenosti a líhnovosti. Výsledky kritické rychlosti plavání při měnících se teplotách neprokázaly žádné významné rozdíly mezi čistými plemeny a hybridy, které navíc neprokázaly žádný účinek vnitrodruhové hybridizace na kritickou rychlost plavání v juvenilním stadiu. Průměrný počet alel a úroveň heterozygozity byla významně vyšší u jednoho z reciprokých hybridů. To naznačuje, že se nejedná pouze o produkci hybridů, ale vždy je nutné zaujmout pozici individuální populace v hybridizační matrici. Bylo provedeno podrobné zkoumání vlastností souvisejících s fitness (růstová rychlost a kumulativní přežití) u čistých plemen jesetera ruského a sibiřského a jejich mezidruhových hybridů. Naše výsledky ukázaly, že oba hybridi (i reciproční) byly lepší než oba mateřské druhy v jednom ze zkoumaných rysů souvisejících s fitness. Jeden z hybridů (jeseter ruský × jeseter sibiřský) zaznamenal nejlepší tempo růstu a jeho vzájemný hybrid zaznamenal nejlepší míru přežití (jeseter sibiřský × jeseter ruský). Ačkoli nebyl pozorován významný rozdíl v hladinách heterozygotnosti mezi čistými plemeny a hybridy, průměrný počet alel byl významně vyšší u hybrida jesetera sibiřského × jesetera ruského. Experimentální křížení druhů jeseterů (jesetera sibiřského a malého) s rozdílnými hladinami ploidií a počtem chromozomů, následované molekulárním ověřením získaných potomků a vyšetřením vlastností souvisejících s fitness odhalily, že jeden z hybridů byl lepší než čisté plemeno. Hladiny heterozygotnosti byly navíc významně vysoké u jednoho z hybridů. Obecné pravidlo negativní interakce, ke které mohlo dojít mezi rodičovskými geny s různou ploidií a jeho zjevným dopadem na mezigenerační hybridní genom, nebylo v naší studii podpořeno. Vzhledem k důkazům a pozorováním, které tato studie poskytuje za kontrolovaných podmínek, by výše uvedení vnitrodruhoví a mezidruhoví hybridi mohli být navrženi pro intenzivní akvakulturu a mohli by být také vhodní pro polykulturní populace. Pokud jde o růstové vlastnosti sledovaných hybridů, mohou tito hybridi v případě jejich uvolnění do volné vody představovat významné konkurenční riziko pro divoké populace čistých druhů jeseterů. Kromě toho, vzhledem k snadné hybridizaci jeseterovitých ryb v akvakultuře, stejně tak i ve volných vodách, představuje tento problém značný potenciál pro další vědecký výzkum zaměřený na využívání různých typů hybridů v akvakultuře, jakož i jejich dopad na čistá plemena ve volné vodě.

Keywords

Jeseter, Kříženec, Akvakultura, Užitkové znaky, Heteróza

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 9. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Martin Flajšhans, Dr. rer. Agr.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery