三倍体の魚はどのように形成されるのでしょうか?

三倍体の魚はどのように形成されるのでしょうか?

三倍体魚の生産の生物学的原理

1. 正常な二倍体魚の形成

いくつかの種を除いて、自然界の魚のほとんどは二倍体の形で存在し、有性生殖によって繁殖し、三倍体を生成するには人工的な誘導が必要です。魚類の染色体の特徴の 1 つは、優れた可塑性があり、倍加しやすいため、半数体が二倍体を形成し、さらに二倍体が倍数体を形成することです。これが三倍体技術の人工的誘導の理論的根拠です。

卵細胞が第 2 減数分裂の中期にあるとき、細胞内には 2 セットの染色体が存在します。 1 セットの染色体を持つ精子が卵子に入ると、卵子は第 2 減数分裂を完了し続けるように刺激されます。卵子にある2組の染色体のうち1組は第二極体として卵子から排出され、卵子に残った染色体セットは精子によって運ばれた染色体セットと結合します。受精卵はその後、正常な二倍体となり、発育を始めます。

2. 三倍体魚類を直接得る方法

精子が卵子に入り、第二極体がまだ排出されていないときに、受精卵を高温、低温、高圧、または化学薬品で処理して、第二減数分裂を阻止すると、第二極体が卵子から排出されず、3セットの染色体を持つ個体が形成されます。これを人工的に誘導された三倍体と呼びます。この染色体セットの組み合わせは、2 セットの染色体が母親から、1 セットの染色体が父親から来ています。染色体が分離できないように紡錘糸を破壊するか、細胞表面の収縮環や溝の形成を阻止して細胞質分裂を止めることで、2回目の減数分裂を阻止し、三倍体の受精卵を形成し、三倍体の魚に成長することができます。

3. 人工的に三倍体を誘導する方法

人工的に三倍体を得るには2つの方法があります。一つは直接的な方法で、受精卵を物理的または化学的方法で処理して第二極体の排泄を妨げることです。もう 1 つは間接的な方法で、まず四倍体を誘導し、四倍体の個体が性成熟に達した後に二倍体の個体と自然に交配して三倍体を得る方法です。理論的には、2 番目のアプローチには利点があります。四倍体個体が得られれば、物理的または化学的な誘導は必要なくなり、誘導プロセス中に胚が損傷を受けるのを防ぐことができます。安定した四倍体株を確立できれば、三倍体を得るのは非常に簡単な作業になります。しかし、第二極体の排泄を防ぐ方法が比較的成熟しているため、現在、人工的に誘導された三倍体の大部分は最初のアプローチを使用して得られています。四倍体の誘導は最初の卵割を防ぐためのもので、三倍体の誘導よりもはるかに難しく、成功率も非常に低いです。ニジマスやフナなど、ごく少数の魚種においてのみ、性的に成熟した四倍体が得られます。

三倍体の栽培方法

1 原則

人工的に倍数性を誘導する方法が使用されました。例えば、二倍体植物の種子または苗をコルヒチン（植物アルカロイド）で処理すると、細胞分裂の中期における紡錘糸と一次壁の形成を妨げ、複製された染色体セットが 2 つの極に分離して中央に二次壁が形成されるのを防ぐことができます。その結果、染色体セットが 2 倍になった細胞が形成され、通常の二倍体スイカの染色体セットが 2 倍になり、四倍体スイカ植物が得られます。その後、二倍体のスイカ植物（雄親）と交配して三倍体の種子を生成します。三倍体種子から発生した三倍体植物は、減数分裂過程における相同染色体シナプシスの障害により、正常な生殖細胞を形成することができません。二倍体植物の成熟した花粉は、三倍体植物の花の子房を刺激して三倍体の果実を生産するために使用されます。胚珠が種子に成長できないため、三倍体植物と呼ばれます。

2 具体的な対策（種なしスイカを例に）

（１）二倍体スイカの種子を0.2～0.4％コルヒチン（C22H26O6N）液に12～24時間浸漬するか、または4日間連続して毎日午後6～7時に0.2～0.4％コルヒチン液を苗の茎の先端の成長点に滴下する。

（２）処理後、種子または苗木はきれいな水で洗浄されなければならない。処理および苗の順応期間中は、コルヒチンの分解と破壊を引き起こす直射日光を避けるため、植物を拡散光の下に置く必要があります。同時に、高温条件下ではコルヒチンの植物に対する毒性が高まり、苗の枯死を引き起こしやすくなるため、高温を避ける必要があります。したがって、生き残るためには、良好な栽培条件と慎重な管理が必要です。

（３）倍数性の判別：①コルヒチン溶液処理後、倍数体植物を注意深く観察する。倍数性が形成されると、発芽脂肪の厚さが大幅に増加し、若い根の先端が膨らみます。 ②植物の大きさを調べてみると、倍数性の方がサイズが大きいのが特徴です。例えば、葉は大きく、根茎は太く、花、果実、種子は大きく、茎と葉の組織は比較的粗く、色は濃い緑色で、しわが寄っていることもあります。 ③ 四倍体の葉の表面の気孔は大きく、単位面積あたりの気孔数は相対的に少なく、花粉粒は二倍体に比べて2倍以上の大きさである。 ④正確な識別のためには、染色体の数が倍増しているかどうかを顕微鏡で直接確認する必要があります（通常の二倍体スイカ2N=22、四倍体スイカ4N=44）。

（4）三倍体スイカの種子生産：四倍体スイカを母植物として二倍体の花粉を受精させ、三倍体スイカの種子（四倍体スイカの子房から発生したスイカに存在する）を生産する。小規模な種子生産の場合は、スイカの開花習性に合わせて、毎日午後に種子を袋詰めします（自由受粉を防ぐため）。翌朝人工授粉を行い、同時にタグを掛けました。種子を大量に生産する場合は、種子を分離してゾーン分けし、四倍体の雌植物と二倍体の雄植物を一定の割合で栽培し、適切な時期に雌植物を去勢して、四倍体植物が二倍体の雄植物から花粉を受け取り、三倍体の種子を生産して使用できるようにします。

以上が1年目の作品です。 2 年目には、三倍体の種子を二倍体の種子と混植し、二倍体の花粉が三倍体植物の子房を刺激してスイカを成長させ、こうして自然または人工的に三倍体の種なしスイカが形成されます。野外生産では、三倍体種子を二倍体種子と混植する必要はなく、三倍体種子のみを植えることができます。植物の開花期に、低濃度の 2.4-D (2-4-ジクロロフェノキシ酢酸) を花芽に散布し、子房を発育させて種のないスイカの果実にします。

種子は胚珠の一部から発育し、果実は子房から発育することに注意する必要があります。したがって、1 年目に収穫されるスイカは四倍体のスイカであり、その中の種子は三倍体であるはずです。具体的には、種子の胚は三倍体ですが、種皮は四倍体です（種皮は四倍体の外皮から発達します）。 2 年目に収穫されるスイカは三倍体スイカで、種子はなく、より正確には、種皮（三倍体の胚珠から発達したもの）のみで胚はありません（受精なしの受粉では受精卵を形成できないため、胚はありません）。