POLIPLOIDÍA EN PECES:

IMPACTOS EN LA ACUICULTURA

NELSON F. DIAZ

FACULTAD DE CIENCIAS AGRONOMICAS

UNIVERSIDAD DE CHILE

NATURALEZA DE LAS BIOTECNOLOGIAS.

(Díaz y Neira, 2005)

Las biotecnologías son esencialmente de dos

categorías:

• aquellas de naturaleza fisiológica, que inciden sobre

las características funcionales de la reproducción de

los individuos sobre los cuales se aplican, y

• aquellas de naturaleza genética, que inciden sobre

las características genéticas de los individuos en que

se aplican o de su descendencia.

DIAZ, 2006

MEIOSIS

Y

FECUNDACION

EN PECES.

BIOTECNOLOGÍAS CROMOSOMICAS

APLICABLES EN PECES.

Modificado de Chourrout, 1986

POLIPLOIDIA

Piferrer et al., 2009

Fig. 3. Methods

commonly used to

identify the ploidy

level in fish and

shellfish.

¿A qué problemas apunta la inducción de poliploidías ?

- En el caso de los triploides, siendo éstos total o parcialmente estériles, al

reducir el gasto de energía en la maduración sexual tiene aplicación en

aumentar la eficiencia de producción de carne incrementando el crecimiento

y evitando el deterioro en la calidad de la carne y del color de la piel.

- Algunas evaluaciones productivas en salmónidos concluyen que con los

peces triploides cuando se controla la maduración temprana se logra un

mayor crecimiento de juveniles; en algunos casos se logran mejores

conversiones de alimento con reducción de costos y se obtienen peces con

buena calidad de carne para su procesamiento y ahumado (Pepper, 1991).

- Al evitarse la maduración sexual pueden además retrasarse las cosechas,

logrando peces de mayor edad y peso. También se evita la aparición de

machos precoces entre los peces destinados a cosecha.

- En el caso de los tetraploides, que presentan fertilidad normal, son

potencialmente útiles en la producción de triploides mediante cruzamientos

con individuos normales.

ESTERILIDAD Piferrer et al., 2009

Fig. 5. Gonads of adult diploid

and triploid male and female

European sea bass,

Dicentrarchus labrax, showing

the characteristic pattern of

triploidy effects at different

ages.

A and B, 2-year-old fish;

C and D, 3-year-old fish;

E and F, 4-year-old fish.

In each photograph, the

testis is in the top and the

ovary at the bottom. Modified from Felip et al. (2001).

INDUCCIÓN DE TRIPLOIDÍAS EN TURBOT (Scophthalmus maximus).

I.- Determinación de ploidías y de efectos de shock fríos.

Piferrer et al. Aquaculture 188:79-90, 2000.

Objetivos. Investigar efectos de la

temperatura y duración de los

choques de frío en la

sobrevivencia y % de triploidías.

Validar el uso de NOR (Regiones

Organizadoras Nucleolares) para

chequear los niveles de ploidías.

Métodos.

Aplicación de choques térmicos:

2 hembras para cada tratamiento, pool de

huevos divididos en 15 grupos:

3 controles

12 grupos tratados, en cuadriplicado.

Grupos de 500 huevos expuestos a choque

de frío a 0,2,4°C / 5,10,20 y 40 min.

Controles y tratamientos se incubaron a 13-

14° C.

Determinación de ploidía:

Ploidía se determinó en larvas mantenidas

en solución de Colchicina a 0,0005% / 6 hrs

Contando número de NOR en 50 células

c/larva (32 larvas / grupo)

RRESULTADOS

INDUCCIÓN DE TRIPLOIDÍAS EN TURBOT (Scophthalmus maximus).

II.- Efectos de shock térmicos fríos en la inducción de triploides a escala comercial.

Piferrer et al. Aquaculture 220:821-831, 2003

Objetivos:

Investigar los efectos del

tiempo del shock térmico frío en la sobreviviencia y en los porcentajes de tripliodías, en orden para obtener un 100 % de triploides con la mejor supervivencia de larvas.

Investigar los efectos del shock a temperaturas bajo cero grados.

Desarrollar un protocolo para la producción masiva de triploides usando la mejor combinación de tiempos y temperatura.

Comparar la sobrevivencia temprana y el crecimiento de triploides v/s diploides.

Métodos:

Experimento 1.

Determinar mejor tiempo post fecundación (PF)

para el choque térmico; Grupos de 500 huevos

expuestos a tiempos de

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,15 y 20 min PF a 0°C /

20 min. Incubaciones PF a 13-14° C.

Experimento 2.

Evaluar la triploidía a gran escala y los efectos

de T° sub cero; 3 Grupos de 150 - 300 ml;

choques a 5 min PF/20 min/-1,4°C; de 6,5 min

PF/25 min/0,4°C y de 6,5 min PF/25 min/-0,1°C

Experimento 3.

Se usó la mejor combinación de choques en

grandes volúmenes de huevos (200 a 400 ml)

para verificar la viabilidad y crecimiento de los

peces triploides; choques 6,5 min PF/25 min / T

de -0,5 a -1,2 °C.

RESULTADOS

Experimento 1 Experimento 2

Experimento 3

Aquaculture 114 : 33-40. 1993.

Díaz et al.

Physiological factors affecting triploid production in rainbow trout,

Oncorhynchus mykiss

Abstract

The influence of three physiological factors related to triploid production was

examined for rainbow trout. Individual spawnings of 46 females were used to

perform triploid production experiments from 1989 to 1991, with various water

temperatures (6-13.8ºC) at stripping and egg incubation. The percentage of

triploids was similar for a heat shock of 26.5ºC for 15 min applied 15 or 25 min

after fertilization (73.4 ± 5.6% vs 78.6 ± 4.5%).

A tendency to a higher percentage of triploids (85.9 ± 5.7%) was observed for

water temperatures of 6-8.0ºC at stripping and incubation, compared to at higher

water temperatures of 12.1-14ºC (63.0 ± 8.4%). Analysis of variance indicated

an effect of four categories of water temperature (6-8, 8.1-10, 10.1-12, 12.1-14ºC)

on triploid product at P= 0.14. Regression analysis confirmed these as significant

(r = -0.36; P< 0.02). A significant increase in percentage of triploids was observed

when eggs remained 2, 6 and 10 days in the body cavity. The mean % triploidy

was 46.1, 54.7 and 76.8, respectively. Similar results were observed for survival of

the eggs.

Colihueque et al., 2005

Producción de progenies triploides en trucha café (Salmo trutta) mediante

tratamientos de choque térmico.

Avances en Producción Animal 30:71-81

PERFORMANCE DE CRECIMIENTO EN PECES TRIPLOIDES Y

DIPLOIDES EN BAGRE CHINO (Clarias fuscus)

Objetivos:

Comparar las características productivas de

peces triploides con peces diploides en aspectos como: Sobrevivencia, Crecimiento, Factor de condición.

A dos temperaturas de cultivo: 21,5 ºC y 25º C.

Métodos:

Inducción Ovulación con inyección de 4 UI de

Gonadotropina coriónica humana / gr de pez.

Recolección gametos por masaje abdominal de hembras y machos maduros .

Huevos fertilizados separados en 2 grupos: triploides y diploides.

RESULTADOS

No se observaron diferencias entre las tº de cultivo en los primeros 80 días,

sin embargo, luego de 120 días se aprecian diferencias entre 3n y 2n.

Tanto la sobrevivencia como el factor de condición no mostraron diferencias

significativas en los diferentes tratamientos.

Peces triploides presentaron mejores factores productivos que los diploides

siendo las diferencias significativas.

Methods.

- 1st group: optimal moment of induction (1,2,3,4,5 min after fertilization) with

pressure shock at 7000 psi (2 min)

- 2nd group: combinations of 3 pressures (7000, 7500, 8000) and two shock

durations (2 or 3 min)

Results.

- 7500 psi for 3 min shock at 3 min shock at 20ºC = 100% triploids

- Significant advantage of triploids in body weight and length at 12 months age

Piferrer et al., 2009

Table 3. Effects of induced triploidy on growth performance and gonadal

development in some commercially important fish, shellfish and crustaceans.

Atlantic salmon, Salmo salar

3N = 2N in juveniles; full gonadal sterility in females; aneuploid sperm in males

3N > 2N in adults

Rainbow trout, Oncorhynchus mykiss

3N < 2N immature; retarded ovarian development, rare presence of oocytes.

Males produced small amount of aneuploid sperm capable of fertilisation

3N > 2N mature

Brook trout, Salvelinus fontinalis

3N = 2N immature

3N > 2N mature

Coho salmon, Oncorhynchus kisutch

3N = 2N in juveniles, full gonadal sterility in females; retarded gonad growth in

males at 30 months

3N < 2N in adults

Tilapia:

Oreochromis mossambicus 3N < 2N up to 8 months. Penman et al. (1987)

Oreochromis aureus 3N = 2N up to 6 months. Don and Avtalion (1986)

3N = 2N mature. Byamungu et al. (2001)

Oreochromis niloticus 3N = 2N immature. Brämick et al. (1995)

3N > 2N mature. Pechsiri and Yakupitiyage (2005)

Tabla 3. Piferrer et al, 2009

Tabla 3. Piferrer et al, 2009

Channel catfish, Ictalurus punctatus 3N = 2N in juveniles; 3N > 2N in adults. Wolters et al. (1982)

European catfish, Silurus glanis 3N < 2N up to 5 months Retarded ovarian development. Linhart et al.

(2001) 3N > 2N mature. Krasznai and Marian (1986)

Chinese catfish, Clarias fuscus 3N > 2N at 6 months. Qin et al. (1998)

Asian catfish, Clarias macrocephalus 3N > 2N at 8 months. Fast et al. (1995)

Indian catfish, Heteropneustes fossilis 3N >2N mature. Tiwary et al. (1997)

Plaice, Pleuronectes platessa × European flounder, Platichtys flesus, hybrids 3N=2N in juveniles

Purdom (1972) 3N ≥ 2N in mature. Lincoln (1981b)

Turbot, Scophthalmus maximus 3N=2N during first year 3N > 2N after two years. Full gonadal sterility in

both sexes. Cal et al. (2006)

Cyprinid loach, Misgurnus anguillicaudatus 3N < 2N immature 3N > 2N at 1 yea.r Matsubara et al. (1995)

Full gonadal sterility in both sexes. Females produced euploid eggs. Suzuki et al. (1985)

Tench, Tinca tinca 3N >2N in adults Full gonadal sterility in females; aneuploid/euploid sperm in males.

Flajšhans et al. (1993), Flajšhans (1997), Linhart et al. (2006)

Grass carp, Ctenopharyngodon idella 3N ≤ 2N immature Production of aneuploid eggs and sperm,

partly capable of fertilisation. Cassani and Caton (1986), Goudie (1988), van Eenennaam et al. (1990)

Common carp, Cyprinus carpio 3N < 2N in juveniles; 3N < 2N in adults. Occasional ovarian

development, aneuploid sperm. Cherfas et al. (1994, 1995b)

Perch, Perca flavescens 3N < 2N in juveniles. Malison et al. (1993b)

European sea bass, Dicentrarchus labrax 3N=2N up to 2 years; 3N < 2N in adults up to 4 years Full

gonadal sterility in both sexes. Felip et al. (1999, 2001b), Perruzi et al. (2004)

Shi drum, Umbrina cirrosa 3N < 2N in adults. Segato et al. (2006)

Tabla 3 Continuación

African catfish, Clarias gariepinus 3N = 2N at 7 months. Henken et al. (1987)

Japanese flounder (“hirame”), Paralichthys olivaceus 3N = 2N in immature and mature. Tabata (1991) in

Arai (2001)

Mud loach, Misgurnus mizolepis 3N = 2N at 9 months. Kim et al. (1994)

Red seabream, Pagrus major 3N = 2N up to 10 months. Males produced euploid sperm up to the

heptaploid level. Sugama et al. (1992), Kawamura et al. (1995)

Gilthead sea bream, Sparus aurata 3N = 2N up to 17 months (all-male) 3N remained male when diploids

sex-changed to female Haffray et al. (2005). No spermatozoa

Ayu or sweet fish, Plecoglossus altivelis 3N = 2N at 6 months. Reduced gonadal development in both

sexes, rare presence of vitellogenic oocytes or spermatids. Lee et al. (1998), Ueno et al. (1986)

Fighting fish, Betta splendens 3N = 2N immature. Kavumpurath and Pandian (1992)

________________________________________________________________________________________________

3N > 2N mature = 13 especies

3N < 2N in adults = 7 especies

3N = 2N in immature and mature = 8 especies

Capozza 2009; Tetraploidia Tilapia

Yoon 2001; Tetraploid Much Load

CONTROL DEL SEXO GENETICO Y LA PROPORCION DE SEXOS

XX

XY

ALEVINES

DESARROLLO NORMAL

TRATAMIENTO HORMONAL

ELIMINAR MACHOS POR GINOGÉNESIS

PRIMERA GENERACIÓN

X ESPERMATOZOIDE DE NEOMACHO

X OVOCITO NORMAL

STOCK TODO HEMBRA NORMAL (2n)

un grupo de ellos pueden ser revertidos para utilizarlos como reproductores en la próxima generación.

SEGUNDA GENERACIÓN XX XXX

Choque térmico retención del segundo polocito

STOCK TODO HEMBRA TRIPLOIDE (3n)

Peces estériles, se cosechan.

XX

XY

XY

XX XX

NEOMACHO

Avances en Producción Animal 26(1-2):96-102

Manejos con "neomachos" aplicados al cultivo de peces.

Díaz, 2002.

Resumen:

En este trabajo se describe la obtención de neomachos y la utilización

de su semen en la producción de lotes todo hembra y todo hembra

estériles. Se trabajó con trucha arco iris, aplicando metodologías de

producción de ginogenéticos, reversión del sexo gonadal, y

triploidización. Se utilizaron técnicas citogenéticas con tinciones

fluorescentes para el diagnóstico de cromosomas sexuales en

progenitores y progenies.

Individuos ginogenéticamente XX produjeron espermios viables, con

los que se produjeron progenies todo hembra y todo hembra estériles;

cromosómicamente se confirmó un 96% de hembras diploides en el

primer caso y 80,6% de hembras triploides en el segundo, con

supervivencias al estado de ojo de 71,7 y 67,3% respectivamente.

A partir de progenies todo hembra se produjeron neomachos por

tratamiento con 17 metil-testosterona a alevines a la primera

alimentación, con un promedio de 86,2% de machos revertidos.

- Díaz, N. F. y Neira, R.

Biotecnología Aplicada a la Acuicultura. I. Biotecnologías clásicas aplicadas a la

reproducción de especies cultivadas.

Ciencia e Investigación Agraria. 32:39-52, 2005.

- Díaz N. F.

Manual de Biotecnologías para el Manejo Reproductivo en Peces.

Imprenta Salesianos. Santiago. 2006. 112 págs.

- Díaz, N.F., Iturra, P., Veloso, A., Estay, F. and Colihueque, N.

Physiological factors affecting triploid production in rainbow trout, Oncorhynchus

mykiss

Aquaculture 114 : 33-40. 1993.

- Díaz, Nelson F.

Manejos con "neomachos" aplicados al cultivo de peces.

Avances en Producción Animal 26(1-2):96-102, 2002.