Poliploidía y ginogénesis en abulón rojo (Haliotis rufescens), certificación genética de presuntos híbridos de abulón rojo y azul (Haliotis fulgens), y cariotipos de las especies parentales

La producción de triploides mediante la manipulación de ploidías por métodos químicos ha demostrado ser un éxito en la producción comercial de varias especies, siendo el caso más conocido el del ostión japonés Crassostrea gigas. La ventaja de los triploides de moluscos sobre los organismos diploides se debe a su alta tasa de crecimiento, resultado de ser total o parcialmente estériles. Los triploides son incapaces de realizar la meiosis I debido a que sus cromosomas (impares) no pueden completar la sinapsis durante la profase, fallan en la producción de gametos y la energía que sería utilizada para la gametogénesis se invierte alternativamente en crecimiento somático. Actualmente la investigación en este campo se enfoca hacia mejorar el éxito en la producción de triploides, evaluando métodos alternos a los utilizados a la fecha (químicos ó físicos). Entre esos métodos se encuentra el que involucra apareamientos entre organismos tetraploides y diploides, produciéndose un triploide ‘biológico’. Sin embargo, para poder llegar a aplicar este método, el desarrollo de organismos tetraploides es necesario. Los organismos tetraploides pueden ser teóricamente producidos por la inhibición de la primera división celular, o por medio de técnicas de desactivación del ADN del esperma seguida por la inhibición de ambos cuerpos polares, o por inhibición del primer cuerpo polar en huevos derivados de organismos triploides y fecundados con esperma haploide. En este trabajo se evaluó la producción de poliploides de abulón rojo H. rufescens por varios métodos. La presunta existencia de híbridos de abulón entre las especies H. rufescens y H. fulgens en una granja comercial (BC Abalone) fue evaluada tanto en su veracidad como en la producción de alopoliploides de abulón. Utilizando hembras presuntas híbridas, se obtuvieron postlarvas triploides al inhibir la extrusión del segundo cuerpo polar con citocalacina B y se evaluaron dos métodos para la obtención de tetraploides: por medio de la inhibición de la primera división celular la cual no fue efectiva para la producción de larvas viables, y la ginogénesis combinada con la inhibición del primer cuerpo polar, siendo este último un método raramente utilizado y que permitiría teóricamente la producción rápida de tetraploides. Con este método se obtuvieron altos porcentajes de tetraploides, los cuales sin embargo no sobrevivieron más allá de larva trocófora. Una vez realizados los experimentos de inducción a la poliploidía, se realizó la evaluación genética de las hembras presuntas híbridas mediante análisis de cuatro enzimas. Las alozimas a utilizar fueron seleccionadas sobre la base de un análisis preliminar de cada una de las especies puras por la presencia de diferentes formas alélicas en cada una de las dos especies. Este análisis reveló que sólo una de las presuntas hembras híbridas utilizadas en los experimentos de inducción a la poliploidía fue en realidad híbrida. Estos resultados destacan la importancia de una certificación genética cuando se realizan hibridaciones entre especies, ya que se presumía que existía un lote de abulones 100% híbridos en la granja comercial, habiéndose encontrado que solamente el 25% fueron en realidad híbridos. En cuanto a la única hembra híbrida utilizada en los experimentos de poliploidía, no se obtuvo progenie indicando que existen problemas de viabilidad en los huevos producidos por hembras híbridas, y que existe una necesidad de mayores estudios. Adicionalmente a las alozimas, se evaluó la citometría de flujo como otro método para la certificación genética, demostrándose que este método no fue capaz de distinguir inequívocamente a los individuos híbridos ya que el intervalo de confianza de la media del pico de fluorescencia obtenida para los híbridos se superpone en la media de una u otra de las especies parentales. Otro aspecto investigado para el cual no existía información preliminar, fue la definición del número cromosómico de abulón rojo y de abulón azul, habiéndose encontrado que ambas especies presentan el mismo número cromosómico (2n = 36), información de alta utilidad en la evaluación de éxito en inducciones a la poliploidía a través de conteos cromosómicos. Adicionalmente, se obtuvieron los cariotipos de las dos especies (H. rufescens y H. fulgens), encontrando que estas presentan diferencias en índices centroméricos y longitud relativa de sus cromosomas, esto provee evidencia adicional a la existente en la bibliografía de que estas dos especies son diferentes.

Production of chemical triploids has demonstrated to be a successful method for the commercial improvement of different mollusk species, being the most known of all the Pacific oyster Crassostrea gigas. The triploid advantage results because of their larger growth rate, a consequence of the sterility induced when triploid. During gametogenesis, triploids are unable to complete meiosis I because during prophase chromosomes cannot complete synapsis and therefore fail in the production of gametes. The energy not used for gametogenesis and vitellogenesis is then channeled toward somatic growth. Today research in this field is focusing towards the improvement in the production of triploids, evaluating alternative methodologies to those associated with the production of chemical or physical triploids. Among these methods is the production of biological triploids, or the production of triploids by mating tetraploids with diploids. However, to produce biological triploids, development of tetraploid lines is necessary. Tetraploid organisms can be theoretically produced by inhibiting the first cell division or first mitosis, by combining techniques of UV sperm irradiation to deactivate DNA followed by inhibition of both polar bodies in the egg, or by inhibition of first polar body in eggs derived from triploids and fertilized with haploid sperm. In this research production of polyploid red abalone Haliotis rufescens was evaluated through different methods. The presumed existence of abalone hybrids between the species H. rufescens y H. fulgens in a commercial farm (BC Abalone) was evaluated for its veracity and for the production of allopolyploid abalone. By using the presumed hybrid females at the farm, triploids were produced by inhibiting with cytochalasin-B the second polar body in their eggs after fertilization. Two methods for the induction to tetraploidy were evaluated simultaneously: by inhibiting the first cell division (mitosis) and by combining gynogenesis methodologies (use of sperm UV irradiated and inhibition of second polar body to restore the diploid number) with additional inhibition of the first polar body. Inhibition of first cell division was not effective in producing tetraploids, resulting in unviable larvae, but the combination of gynogenesis with additional inhibition of the first polar body large percentages of tetraploids were produced, although none was found in larval stages larger than trochophore. After the induction to polyploidy experiments was completed, the evaluation of the females for their hybrid condition was done using starch electrophoresis methods. Four allozymes were selected on the basis of a preliminary analysis in each of the two species involved in the presumed hybrids, selecting four enzyme loci out of more than ten evaluated. In those four loci the two species had different and unique allelic forms, which would allow for their unique differentiation and the certification of hybrids when both allelic forms were present. The analyses of the females used in the polyploidy experiments indicated that only one of all used females was in fact a hybrid, and the remaining females were from the species H. rufescens. Additional males and females from the farm, not used in the experiments of polyploidy, were also analyzed to establish if they were hybrids, finding that from a presumed group with 100% hybrids, only 25% were in fact hybrids. These results show the importance of a genetic certification when hybridization experiments are performed, a certification seldom done in the literature of abalone hybridization studies. With regard to the only hybrid female utilized in the polyploid induction experiments, no viable progeny was obtained from it despite the number of eggs produced having been similar to non-hybrid females. This might be an indication of problems in hybrids meiosis processes, but further studies are necessary to understand whether and why hybrid females produce unviable eggs. Besides carrying the genetic certification by allozymes analyses, flow cytometry was evaluated to establish if through this method hybrids could be certified, by them having distinct fluorescent DNA peaks from both parental species. This was done after each female was genotyped by allozyme analyses, obtaining means and confidence intervals (CI) of the peak means of each species and the hybrids. This method allowed the differentiation of the two species by showing non overlapping CI exist for the amount of DNA in each species, but did not allow for the unique differentiation of the hybrids because the CI of the hybrids peak mean overlapped either one of the CI of the pure species. Finally, the last part investigated, and for which there was no preliminary information was the chromosome number of each of the species, red and blue abalone, having found that their share the same diploid chromosome number (2n = 36). However, karyotypes analyses of the species (H. rufescens y H. fulgens) indicated that there are differences in centromeric index and relative length of chromosomes, providing this with additional evidence to that in the literature of the fact that these are two different species.

CONACyT (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología)

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