《Fisheries Science》：Cold-shock induction of triploidy in the Japanese jack mackerel (Trachurus japonicus)
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本研究探讨了在水产养殖中，日本竹荚鱼（Trachurus japonicus）因性成熟导致生长迟缓和肉质下降等问题，以及养殖鱼逃逸后与野生种群杂交带来的遗传风险。研究人员通过冷休克处理受精卵，成功诱导了日本竹荚鱼的三倍体，并评估了三倍体成鱼的生殖发育。结果表明，在受精后4分钟进行5分钟0°C或4°C冷休克处理，能高效获得形态正常的三倍体仔鱼。组织学分析显示，三倍体个体的性腺发育受到抑制，卵黄发生和精子排放均未发生，表明其功能不育。该研究为日本竹荚鱼乃至鲹科鱼类的养殖种群不育化管理和遗传控制提供了关键技术。
在日本渔业中，日本竹荚鱼（Trachurus japonicus）是一种重要的经济鱼类。然而，在海水网箱养殖条件下，这种鱼在繁殖季节性成熟率很高，导致其生长迟缓和疾病易感性增加，生产成本上升，同时肉质下降也使其市场价值降低。此外，养殖鱼类逃逸后，其经过高度驯化和遗传改良的个体可能与野生种群发生杂交，导致野生基因库中混入驯化性状，可能降低野生种群的适应度并造成长期的遗传干扰。因此，如何在养殖中实现目标鱼类的不育化，成为一个关键问题。传统上，通过三倍体化或生产种间杂交种（无法产生可育配子）等方法可以实现不育。其中，三倍体化技术因其程序相对简单，能够大规模生产不育个体，被认为是更实用的选择。东京海洋大学等机构的研究人员瞄准了这一产业需求，旨在为日本竹荚鱼开发一种基于冷休克的三倍体诱导方法，并评估所得三倍体个体的可育性，相关成果发表在《Fisheries Science》上。
为开展此项研究，作者主要运用了几项关键技术方法。首先，他们从野生捕获的成鱼中获取卵子和精子进行人工授精，并以受精卵为材料，优化了冷休克处理的两个变量：处理温度（0°C、4°C、8°C）和持续时间（3、5、10、15分钟），处理起始时间固定为受精后4分钟。其次，他们通过显微观察统计了受精率和孵化率，并利用两个微卫星位点对孵化个体进行基因分型，以鉴定其倍性（是二倍体还是三倍体）。对于成年鱼，除了微卫星分析，还结合了流式细胞术分析血细胞DNA含量，以及测量吉姆萨染色红细胞的长轴长度，共同确认倍性。最后，通过称量体重和性腺重量计算性腺体指数（Gonadosomatic Index, GSI），并对性腺进行石蜡包埋、切片和H&E（苏木精-伊红）染色，在显微镜下观察并比较二倍体与三倍体鱼类的生殖细胞发育阶段。
受精和孵化率
研究人员首先评估了冷休克对日本竹荚鱼早期胚胎发育的影响。结果显示，在大多数实验组中，受精率与未处理对照组相似，约为90%。而0°C处理组的受精率有降低趋势（约70%）。随着冷休克处理时间的延长，所有温度处理组中形态正常仔鱼的孵化率均呈下降趋势。其中，0°C处理15分钟和4°C处理15分钟组的孵化率显著低于对照组及对应温度的短时间处理组。这表明长时间的冷休克处理会降低胚胎的正常发育和孵化成功率。
三倍体诱导成功率与生产效率
通过微卫星基因分型分析孵化仔鱼的倍性，研究人员计算了三倍体诱导率。在0°C处理的所有组别中，孵化仔鱼均被确认为三倍体。在4°C处理组中，处理5分钟或更长时间的仔鱼约有90%为三倍体。而8°C处理组的三倍体诱导率则明显较低。综合孵化率和三倍体诱导率计算出的三倍体生产效率显示，0°C处理5分钟和4°C处理5分钟是最有效的条件，生产效率分别达到65.0% ± 19.1%和63.4% ± 9.7%。
冷休克处理鱼类的生长性能
研究人员将经4°C处理5分钟（0°C处理组仔鱼几乎全部在开口摄食前死亡）和对照组的仔鱼培育至成鱼阶段。在50日龄时，三倍体组与二倍体对照组的平均全长无显著差异，且大多数个体表现出正常的外部形态。这些鱼被继续培育至1龄和2龄。结果显示，在1龄和2龄时，三倍体与二倍体鱼在叉长和体重方面均无显著差异，表明三倍体诱导并未影响其生长性能。
成年日本竹荚鱼的倍性确定
对成年鱼进行多重验证以确认其倍性。微卫星基因分型显示，所有对照鱼均为二倍体，而冷休克处理组中除1尾个体外，其余均被鉴定为三倍体。通过吉姆萨染色观察红细胞形态发现，三倍体鱼的红细胞比二倍体鱼的红细胞更为细长，其长轴长度显著大于二倍体鱼。流式细胞术分析DNA含量也证实，三倍体鱼血细胞的荧光强度（代表DNA含量）显著高于二倍体鱼。这些结果一致确认，冷休克处理成功获得了三倍体日本竹荚鱼。
三倍体日本竹荚鱼的性腺体指数和性腺组织学
研究人员比较了二倍体与三倍体鱼的性腺发育情况。在1龄时，三倍体雌鱼的GSI显著低于二倍体雌鱼。组织学分析显示，二倍体雌鱼的卵巢含有发育中的卵母细胞，部分个体可见卵黄发生卵母细胞。相反，三倍体雌鱼的卵巢主要由早期生殖细胞（如卵原细胞和染色质核仁期卵母细胞）构成，未见皮质肺泡期或卵黄发生期卵母细胞。在2龄时，尽管雌鱼三倍体与二倍体的GSI无显著差异，但组织学上三倍体雌鱼卵巢仍仅含有早期生殖细胞，未见进一步发育。
在雄性方面，1龄时三倍体雄鱼的GSI低于二倍体雄鱼，但差异不显著；2龄时，三倍体雄鱼的GSI则显著低于二倍体雄鱼。组织学观察发现，二倍体雄鱼的精巢中含有丰富的精子，并能通过腹部挤压确认排精。而三倍体雄鱼的精巢中仅观察到精原细胞和精母细胞，部分个体可见精细胞，但未观察到精子，所有三倍体雄鱼均未发生排精。
讨论与结论
本研究成功建立了通过冷休克处理诱导日本竹荚鱼三倍体的可靠方法。研究结果表明，在受精后4分钟进行5分钟的0°C或4°C冷休克处理，是高效生产三倍体仔鱼的最优条件。尽管三倍体仔鱼在早期阶段的存活率低于二倍体，但成功存活的个体能够正常生长至成年，且体型与二倍体无显著差异。
最重要的是，对连续两个繁殖季节的性腺发育分析表明，三倍体个体的性腺成熟受到明显抑制。雌性三倍体的卵巢发育停滞在早期阶段，未见卵黄发生；雄性三倍体的精巢中虽有生殖细胞发育，但未能产生成熟的精子，且均未发生排精。这些组织学证据强有力地表明，通过冷休克诱导的三倍体日本竹荚鱼是功能不育的。
这项研究具有多重重要意义。首先，它为日本竹荚鱼养殖提供了一种潜在的种群控制技术。生产不育的三倍体个体可以防止能量向性腺发育分流，从而可能避免因性成熟导致的生长迟缓和肉质下降问题，有助于提升养殖产品的商业价值。其次，不育化能有效降低养殖逃逸个体与野生种群杂交的风险，保护野生种群的遗传完整性。此外，这是首次在鲹科鱼类中证实能够可靠生产不育个体，该科包含Seriola（鰤鱼）、Trachinotus等广泛养殖的重要经济属，因此该研究成果对整个鲹科鱼类养殖业的可持续发展与遗传管理具有重要参考价值。最后，功能不育且生长不受影响的三倍体日本竹荚鱼，在未来还有望作为生殖细胞移植的优良受体，用于高效生产其他珍贵鱼类的配子，展现出广阔的应用前景。
