Гистологическое исследование дифференцировки гонад второго поколения бестера

Для некоторых видов рыб существует различие коммерческой ценности самок и самцов. Рыбоводы стремятся содержать мужских и женских особей раздельно, либо добиться однополой популяции, в зависимости от биологических и экономических особенностей самца и самки. Как правило, искусственное изменение пола достигается гормональной обработкой или манипуляциями с хромосомами. У многих костных рыб можно индуцировать смену пола введением стероидных половых гормонов в период дифференцировки гонад. Однако сложно определить подходящий момент для начала обработки, потому что дифференцировка гонад предшествует морфологической дифференцировке.

У остеровых самки более ценна, чем самец, что связано с продукцией икры. Поэтому рыбоводов особенно интересует контроль соотношения полов в культуре и, в частности, получение популяции, состоящей из одних самок.

Бестер является гибридом самки белуги (Huso huso) и самца стерляди (Acipenser ruthenus). Он идеально подходит для рыбоводства, так как быстро растет и достигает половой зрелости. В последние годы бестер культивируется не только в России, но также и других странах, включая Германию, Венгрию и Японию. В Японии, главным образом, выращивается второе поколение бестера (F2), потому что отсутствуют производители для получения гибридов первого поколения (F1). В отношении управления соотношением полов осетровых известно очень мало. Более того, половая дифференцировка осетровых описана только у нескольких видов, например, русского осетра (Acipenser gueldenstaedti). В данной статье описываются результаты работы, в которой определялись этапы дифференцировки гонад F2 поколения бестера на основе морфологических исследований. Её целью явилось выяснение наилучшего момента для введения половых гормонов и трансформации пола.

Материалы и методы
Животные
Молодь F2 поколения бестера получены от нескольких самцов и самок F1 из Управления Исследованиями и Развитием, Hokkaido Electric Power Co. в 1993-1999 годах. Животные выращивались в 1993-1994 году в пластиковых емкостях в Сатозука, а в 1995-1999 рыба выращивалась в пластиковых емкостях в Эбетсу. Особи питались искусственными кормами и содержались в проточной системе, вода в которую прибывала из грунтовых вод. Минимальная средняя месячная температура составила 4,4 °С в феврале и 11,8 °С в январе, а максимальная — 16,0 °С и 15,8 °С в августе , в Сатозука и Эбутсу, соответственно.

Гистологический анализ
Примерно 290 особей умерщвлялись с интервалами в 1-3 месяца между 3 и 37 месяцами содержания.

Регистрировалась масса, длина особей и гонад, либо область гонад извлекалась и фиксировалась в растворе Боуина. Фиксированная ткань заключалась в параффин, и делались серии поперечных срезов толщиной 6 мкм. затем гонады окрашивались раствором гематоксилина и эозина.

Результаты
Период отсутствие половой дифференцировки
У 3 месячных мальков под дорсальной областью брюшины располагается пара примордиальных гонад. Гонады тянутся каудально, от проксимальной части брюшного плавника до генитального отверстия. У 4 месячных особей отмечается очень небольшое количество герминальных клеток, и самцы и самки ещё не различаются. В гонадах прсутствуют кровеносные сосуды и два типа соматических клеток. Первый тип соматических клеток окружает герминальные клетки, а второй — заполняет остальную область гонад (за исключением герминальных клеток).

К 6 месяцу два типа гонад можно отличить. В гонадах «бугристого» типа герминальный эпителий утопает в строму, а непосредственно под ним располагается несколько кластеров герминальных клеток и соматических клеток первого типа. В области впячиваний герминальный эпителий состоит из одного или двух слоев цилиндрических клеток, которые интенсивно окрашиваются гематоксилином. Гонады «гладкого» типа характеризуются наличием немногочисленных кластеров герминальных клеток и соматических клеток первого типа глубоко в строме. Кластеры окражены соматическими клетками второго типа. Их поверхность была гладкой, а инвагинации не наблюдались в 12 месяцев. В бугристых гонадах инвагинация становились больше и образовывали продольную борозду на поверхности гонад. К 12 месяцам их развития число герминальных клеток непосредственно под эпителием возрастало. У двух типов гонад к 12 месяцам отсутствовали явные гистологические отличия между герминальными клетками.

Дифференцировка яичников
К 16 месяцам развития бестера герминальные клетки яичников подвергались активному митозу, и их число возрастало. Некоторые из клеток затем переходили к мейозу, и яичники приобретали чешуйчатую (ламеллярную) структуру. Ооциты находились на хроиматин нуклеолярной стадии (в ооците четкие нуклеоли, соединенные нитями хроматина).

У особей старше 20 месяцев ламеллы яичника были сложными, и у некоторых экземпляров обнаруживались ооциты на перинуклеарной стадии (размер ооцита и ядра увеличивается; возрастает число и размер нуклеолей, которые смещаются к периферии ядра).

Дифференцировка семенников
В возрасте 12 месяцев в семенниках некоторых особей глубоко в строме увеличивалось число гермнальных клеток, однако поверхность гонад все ещё оставалась гладкой.

У бестера старше 17 месяцев тестикулярная область заполнена цистами, содержащими сперматогонии, а тестикулярная поверхность начинает раздуваться. В возрасте 20 месяцев семенники некоторых особей проявляют признаки сперматогенеза, с цистами, содержащими сперматогонии и сперматоциты. После 26 месяцев развития начинают появляться сперматиды и сперматозоиды. Внутри цист синхронно делятся герминальные клетки.

Взаимосвязь между половой дифференцировкой и возрастом
Взаимосвязь между половой дифференцировкой и возрастом изображена на рисунках 4 и 5. Половое развитие состоит из девяти этапов (U, O1–O4, T1–T4). Этап U (недфференцированные) представлен на рисунке 1.a,b.

Так как инвагинации недифференцированных гонад развиваются в ламелло-подобной структуры яичник, авторы рассматривают «бугристую» стадию на рисунке 1.c,e («бугристый» тип) в качестве предполагаемых яичников и классифицируют их как стадию O1. Стадии, изображенные на рисунках 1.d и f («гладкий» тип) были причислены к семенникам и классифицированы как стадия T1. Стадии овариального развития O2, O3, и O4 изображены на рисунках 2.a, b, d. Семенники на этапе развития T2, T3, и T4 изображены на рисунках 3.a, b, d, соответственно.

Поперечные срезы гонад F2 поколения бестера.
Рисунок 1. Поперечные срезы гонад F2 поколения бестера. (a) Недифференцированные гонады на третьем месяце развития бестера; (b) Недифференцированные гонады на четвертом месяце развития бестера; (c) гонады на 6 месяце («бугристый» тип); (d) гонады на 6 месяце («гладкий» тип);(e) гонады на 12 месяце («бугристый» тип); (f) гонады на 12 месяце («гладкий» тип); g — герминальная клетка; v — кровеносный сосуд; s1 — первый тип соматических клеток; s2 — второй тип соматических клеток; i — инвагинации герминального эпителия; c — цилиндрическая клетка; e — герминальный эпителий; gs — желобо-образная щель на поверхности гонад. Масштаб = 50 мкм.

В яичниках ооциты находились на перинуклеарной стадии развития к 20 месяцам развития у одних особей, хотя у других мейоз герминальных клеток не начинался к 36 месяцам развития. Как семенники, так и яичники развивались с одной скоростью у большинства особей, но некоторые экземпляры развивались быстрее или медленнее.

Взаимосвязь между половой дифференцировкой и приростом массы тела
Взаимосвязь между половой дифференцировкой и приростом массы тела представлена на рисунке 6 и 7. В яичниках мейоз происходил преимущественно у рыб крупнее 27 см (длина по Смиту, FL). Хотя у некоторых экземпляров он не наблюдался при длине 56 см FL, тогда как у других перинуклеарная стадия развития ооцитов отмечалась уже при длине 36 см FL. В семенниках рыб крупнее 31 см FL тестикулярная часть наполнена сперматогониями. У некоторых экземпляров при длине 54 см FL герминальные клетки не приступают к активному мейозу, тогда как у других сперматогенез происходит уже при длине 32 см FL.

Длина по Смиту (Fork length, FL) — длина от кончика морды до конца среднего луча хвостового плавника. Используется для измерения рыб, у которых сложно точно определить окончание позвоночного столба.

Обсуждение
У F2 поколения бестеров яичники впервые определяются по инвагинациям в строме гонад и присутствию немногочисленных герминальных клеток под эпителием на 6 месяце развитие бестера. Гонады без впячиваний, с герминальными клетками глубоко в строме предположительно являются семенниками. Аналогичный феномен отмечен у Русского осетра на третьем месяце развития. У F2 поколения бестера ооциты на хроматин-нуклеолярной стадии появлялись в возрасте старше 16 месяцев, тогда как у Русского осетра он составлял 12 месяцев. Вероятно различия половой зрелости между двумя видами обусловлены не только генетическими особенностями, но также условиями содержания, в частности, температурой воды. Дифференцировка гонад самок в основном характеризовалась быстрым возрастанием числа герминальных клеток в яичнике и/или формированием овариальной полости. У Osteichthyes яичник упрощенно классифицируется как гимновариальный (gymnovarian) или цистовариальный (cystovarian). У Осетровых, подобно Лососевым (Salmonidae), яичник гимновариальный, и икра выходит с поверхности сразу в брюшную полость. Поэтому овариальная полость не сформирована, и отсутствует морфологический индикатор дифференцировки яичника. В F2 поколении бестера инвагинации стромы яичника развиваются в ламелла-подобные структуры, тогда как поверхность семенников оставалась гладкой у особей старше 16 месяцев.

Дифференцировка оваральной ткани у F2 поколения бестера
Рисунок 2. Дифференцировка овариальной ткани у F2 поколения бестера.(a) Клетки яичника в митозе на 17
месяце развития особи;(b) ткань яичников в мейозе на 26 месяце;(c) ооциты на хроматин нуклеолярной стадии
на 26 месяце развития;(d) ооциты на перинуклеолярной стадии на 32 месяце. Масштаб = 50 мкм.
Дифференцировка тестикулярной ткани F2 поколения бестера
Рисунок 3. Дифференцировка тестикулярной ткани F2 поколения бестера.(a) семенники на 20 месяце развития
бестера;(b) семенники на 26 месяце развития бестера;(c) сперматогонии на 26 месяце;(d) семенники во время
сперматогенеза на 30 месяце. g — герминальная клетка; sg — сперматогоний; sc — сперматоцит; st —
сперматида; sz — сперматозоид. Масштаб = 50 мкм.

В F1 поколении бестера ооциты на хроматин-нуклеолярной стадии наблюдаются у рыб старше 1 года, а яичники находились ещё на ранних стадиях развития к 3 годам. Семенники некоторых особей, напротив, демонстрировали сперматогенез к 2 годам. Эти результаты согласуются с данными для F2 поколения бестера и свидетельствуют о начале мейоза в яичниках раньше, чем в семенниках, как и у большинства костных рыб. Соотношение полов в F2 поколении бестера, как и у F1, было примерно 1:1, и никаких признаков интерсексуальности не отмечено.

В поколении F2, как и в случае F1 поколения, некоторые особи демонстрировали промежуточные темпы роста, часть по скорости роста напоминала стерлядь, а другая часть — белугу. У стерляди самцы достигают половой зрелости к 3-7 годам, а самки — к 7-9 годам. С другой стороны, белуга взрослеет гораздо медленнее: самцы к 12-14 годам, а самки — к 16-18 годам. Авторы данной работы получили схожие темпы роста самцов и самок, хотя некоторые особи и развивались быстрее или медленнее. Результаты указывают на то, что различия между особями F2 поколения бестера могут быть обусловлены гибридизацией. Так как модель дифференцировки гонад чрезвычайно вариабельна в F2 поколении, неясно, запускается ли дифференцировка по полу в зависимости от возраста или скорости роста. У Европейского угря (Anguilla anguilla) развитие и дифференцировка гонад в большей степени зависит от скорости роста, чем от возраста. Однако, в случае Русского осетра скорость раннего гаметогенеза у самок коррелирует с увеличением массы тела, а у самцов — с возрастом.

Накамура с коллегами сделали заключение, что критический период для гормонально-вызванной трансформации пола попадает на момент физиологической дифференцировки гонад, которая начинается перед морфологической дифференцировкой. Согласно полученным данным, для второго поколения бестера индикатором начала гормональной стимуляции является формирование инвагинаций в строме гонад в 6 месяцев.

Гистологический анализ дифференцировки гонад бестера свидетельствует о том, что начало гормональной обработки с целью функциональной трансформации пола должно производиться у особей младше 6 месяцев. Т.е. до момента появления инвагинаций в строме гонад, которые указывают на формирование яичников.

Рисунок 4. Взаимосвязь между стадией развития гонад и возрастом для самок разных возрастных групп.
Рисунок 4. Взаимосвязь между стадией развития гонад и возрастом для самок разных возрастных групп.

fig-age

Рисунок 5. Взаимосвязь между стадией развития гонад и возрастом для самцов разных возрастных групп.
Рисунок 5. Взаимосвязь между стадией развития гонад и возрастом для самцов разных возрастных групп.
Рисунок 6. Взаимосвязь между стадией развития гонад и длиной тела по Смиту самок разных возрастных групп.
Рисунок 6. Взаимосвязь между стадией развития гонад и длиной тела по Смиту самок разных возрастных групп.
Рисунок 7. Взаимосвязь между стадией развития гонад и длиной тела по Смиту самцов разных возрастных групп.
Рисунок 7. Взаимосвязь между стадией развития гонад и длиной тела по Смиту самцов разных возрастных групп.

——

Naotaka Omoto, Mamoru Maebayashi, Eri Mitsuhashi, Koji Yoshitomi, Shinji Adachi, Kohei Yamauchi. Histological observations of gonadal sex differentiation in the F2 hybrid sturgeon, the bester. Fisheries Science. Volume 67, Issue 6, 1104–1110. 2001.

[user]1. Yamazaki F. Sex control and manipulation in fish. Aquaculture 1983; 33: 329–354.
2. Hunter GA, Donaldson EM. Hormonal sex control and its application to fish culture. In: Hoar WS, Randall DJ, Donaldson EM (eds). Fish Physiology, Vol. 9b. Academic Press, New York. 1987; 223–291.
3. Nakamura M, Kobayashi T, Chang X-T, Nagahama Y. Gonadal sex differentiation in teleost fish. J. Exp. Zool. 1998; 281: 362–372.
4. Van Enennaam AL, Van Enennaam JP, Medrano JF, Doroshov SI. Rapid verification of meiotic gynogenesis and polyploidy in white sturgeon (Acipenser transmontanus Richardson). Aquaculture 1996; 147: 177–189.
5. Burtsev IA. Progeny of an intergeneric hybrid of beluga and sterlet. In: Sobel Y (ed). Genetics, Selection, and Hybridization of Fish. Keter Press, Jerusalem. 1972; 211–220.
6. Steffens W, Jähnichen H, Fredrich F. Possibilities of sturgeon culture in central Europe. Aquaculture 1990; 89: 101–122.
7. Akhundov MM, Fedorov KYe. Early gameto- and gonadogenesis in sturgeons. 1. On criteria for comparative assessment of juvenile gonadal development in the example of the Russian sturgeon, Acipenser gueldenstaedti. J. Ichthyol. 1991; 31: 101–114.
8. Hoar WS. Reproduction. In: Hoar WS, Randall DJ (eds). Fish Physiology, Vol. 3. Academic Press, New York. 1969; 1–72.
9. Kijima T, Fujii K, Maruyama T, Maeda H. Histological studies of the gonads of 1, 2 and 3–year–old hybrid sturgeons, bester, between female Huso huso and Male Acipenser ruthenus. Bull. Natl Res. Inst. Aquacult. 1998; 14: 133–138.
10. Goto R, Mori T, Kawamata K, Matsubara T, Mizuno S, Adachi S, Yamauchi K. Effects of temperature on gonadal sex determination in barfin flounder Verasper moseri. Fisheries Sci. 1999; 65: 884–887.
11. Rochard E, Williot P, Castelnaud G, Lepage M. Elements de systematique et de biologie des populations sauvages d’esturgeons. In: Williot P (ed). Acipenser. CEMAGREF Publishers, Bordeaux. 1991; 475–507 (in French).
12. Grandi G, Colombo G. Development and early differentiation of gonad in the European eel (Anguilla anguilla [L.], Anguilliformes, Teleostei): A cytological and ultrastructural study. J. Morpol. 1997; 231: 195–216.[/user]

Похожие статьи:

Дифференцировка гонад у гермафродитов Русского и Сибирского осетра

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

четыре × шесть =