Cytogenetic and histological studies of the brook trout (Salvelinus fontinalis) x arctic charr (Salvelinus alpinus) hybrids

In aquaculture, application of fish hybrids has increased. This technique permits improvement of the fish production by providing specimens showing better growth rate when compared to the parental species. Indeed, sterile individuals are highly demanded because quite frequently parental fish mature before they reach the market size, which impairs their growth and decrease their economic value. Throughout the last years, the commercial and scientific interest in salmonids has increased rapidly, among them, the brook trout (Salvelinus fontinalis), Arctic charr (Salvelinus alpinus) are species that can be crossed to produce hybrids that might by cultured in the fish farms. In the present thesis, we have assessed chromosome numbers and evaluate gonadal sex in the brook trout X Arctic charr hybrid progenies. In our populations, the karyotype of the brook trout comprises 84 chromosomes: 16 bi-armed chromosomes (meta-submetacentric) and 68 one-armed chromosomes (telo-acrocentrics) and the chromosome arm number, NF= 100. Arctic charr karyotype shows variation related to the chromosome number (2n= 81-82) and stable chromosome arm number (NF= 100). 2n= 81 chromosomes consisted of 19 bi-armed and 62 one-armed chromosomes, while 2n= 82 karyotype was organized into 18 meta-submetacentric and 64 acrocentrics. The cytogenetic and histological analysis of the brook trout X Arctic charr hybrids (sparctics) was carried out to asses chromosome and chromosome arm number and gonadal sex of the studied specimens. Diploid chromosome number in the hybrids varied from 81 to 84 and individuals with 83 and 84 chromosomes were predominant. Most of the fish had chromosome arm number equal to 100. Robertsonian fusion in the Arctic charr and chromosome behaviour in the hybrid fish cells might lead to the observed variation in chromosome numbers in the hybrids. Among studied fish, 12 were males, 3 were females and 9 had intersex gonads. No correlation between chromosome number and disturbances in the gonadal development was found. This might suggest that intersex gonads might have been developed as a consequence of disturbances in the genetic sex determination process. Genetic sex determination acts properly in the parental species but in the hybrids this may not be as efficient.

A aquacultura tem sido uma actividade em crescendo nos últimos anos, uma vez que o stock de peixe está sobre-explorado e a inovação tecnológica levou ao aumento da produção de peixe. A aquacultura já tem à algum tempo, um papel importante relativamente às necessidades económicas e sociais, assim como a redução do impacto ambiental. Actualmente, a aquacultura produz cerca de 37% de peixe, quer de origem marinha quer de água doce. Na Europa, está a registar-se um crescimento da produção de espécies alienígenas, atingindo já, o dobro das espécies indígenas. Na Polónia, há aproximadamente 600 mil hectares de água doce em tanques, reservatórios, lagos e rios. Este país possui algum desenvolvimento na aquacultura, ocupando aproximadamente 10% de toda a produção em aquacultura na Europa. As espécies mais produzidas são a carpa comum (Cyprinus carpio) e a truta arco-íris (Oncorhynchus mykiss). Os salmões (Salvelinus) pertencentes à família Salmonidae são os mais estudados devido à sua biologia e ecologia. Actualmente, as espécies mais produzidas na Europa são o salvelino árctico (Salvelinus alpinus) e a truta das fontes (Salvelinus fontinalis). O salvelino árctico é das espécies mais bem adaptadas podendo viver em águas muito gélidas, daí a sua distribuição em todo o hemisfério Norte. Pode viver até aos 20 anos. O seu número tem diminuído no estado selvagem, sendo crucial a sua produção em aquacultura. Esta espécie tem uma grande variabilidade ecológica, fenotípica e genética. Os biólogos e cientistas têm um grande interesse nesta espécie devido à sua grande variabilidade geográfica e polimorfismo instável com a intenção de entender a sua microevolução. O seu cariótipo varia entre os 78 e os 84 cromossomas dependendo da sua geografia. A truta das fontes é uma espécie endémica do continente norte-americano, no entanto tem sido introduzida em diversas partes do mundo, inclusive o Norte da Europa. Estes peixes preferem viver em águas mais oxigenadas, de preferência em lagos e ribeiros. A truta das fontes é a espécie de Salvelinus que tem o tempo de vida mais curto, no entanto a sua longevidade é variável dependendo se é nativo ou introduzido. Relativamente ao alimento, esta espécie é oportunista, alimentando-se de vários organismos, dependendo da disponibilidade do alimento. Esta espécie é bastante tolerante às diferentes condições ambientais, como a baixa temperatura, pouco alimento ou baixos valores de pH. Ao contrário do salvelino árctico, o seu cariótipo é estável com um número diplóide 2n= 84. A hibridação consiste no cruzamento de dois seres vivos, seja plantas ou animais, da mesma espécie ou de espécies diferentes. Os aquacultores utilizam esta técnica em alguns peixes para produzir indivíduos com as características pretendidas ou melhorar a performance dos peixes, como por exemplo a resistência à doença, aumento da taxa de crescimento, qualidade da carne ou produção de peixes estéreis. A produção de peixes estéreis possibilita que não haja trocas genéticas em situações de acidente. O salvelino árctico e a truta das fontes podem hibridizar em condições naturais, existindo até híbridos em alguns rios no Sul da Europa. Os salmonídeos são um grupo com uma grande variabilidade cromossómica, quer intra como inter-especies. Fenómenos como re-arranjos cromossómicos ou eliminação dos mesmos podem influenciar essa variabilidade, uma vez que durante a evolução do ancestral comum foram sujeitos a tais fenómenos. Estes mecanismos podem ter influência na viabilidade dos híbridos. Estudos citológicos e histológicos poderão ajudar a perceber a viabilidade dos híbridos de truta das fontes e salvelino árctico. Neste estudo, foram colhidos alguns exemplares de híbridos destas duas espécies para realizar tais análises citológicas e histológicas. Com a realização do cariótipo destes exemplares foi possível contar, analisar e comparar os cromossomas entre eles e com os seus progenitores. O número de cromossomas alcançado foi variável, sendo que o tipo de cromossomas também poderá influenciar a sua viabilidade. Também foram colhidas algumas amostras das gónadas de alguns exemplares de forma a identificar o sexo e a sua viabilidade, tendo como a intersexualidade de alguns híbridos um resultado inesperado. Uma das grandes questões deste trabalho é tentar perceber as razões de alguns indivíduos apresentarem esterilidade. O macho, híbrido resultante do cruzamento entre a égua e um burro, é um dos exemplos mais conhecidos, sendo este um exemplo de híbrido estéril. Esta esterilidade poderá estar relacionada com o número impar de cromossomas (2n= 63) provenientes dos progenitores, égua com número diplóide de 64 cromossomas e o burro com 62. Com estas espécies de salmões, o mesmo poderá ter ocorrido, sendo que o retrocruzamento poderá ter influenciado a esterilidade. Assim sendo, neste trabalho sugerimos as possíveis causas para a variação do número de cromossomas dos híbridos de truta das fontes com os salvelinos árcticos, tal como a viabilidade dos mesmos e o desenvolvimento das gónadas dos híbridos através de análises histológicas.

University of Warmia and Mazury in Olsztyn

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