Quantitative and molecular genetic studies on temperature-dependent sex determination of Nile tilapia (<i>Oreochromis niloticus</i>)

Abstract

Tilapien spielen eine erhebliche Rolle in der weltweiten Aquakultur-Produktion. Dabei machen Nilbuntbarsche (Oreochromis niloticus) den größten Teil der weltweiten Tilapien-Produktion aus (> 80 %). Bei der Produktion dieser Spezies hat sich der Einsatz von rein-männlichen Populationen stark bewährt. Durch den Einsatz von eingeschlechtlichen Beständen kann eine unkontrollierte Vermehrung während der Produktion vermieden werden. Zudem weisen die männlichen Fische ein stärkeres Wachstum auf. Eine häufig angewendete Methode zur Erstellung solcher rein-männlichen Bestände ist die Verabreichung von Androgenen (17-α-Methyltestosteron) über das Fut-ter an die Larven. Diese Technik könnte durch den Einsatz umweltfreundlicher, vermännlichend wirkender Temperaturprotokolle abgelöst werden. Das phänotypische Geschlecht von O. niloticus ist ein komplexes Merkmal welches durch genetische Haupt- und Nebenfaktoren bestimmt wird. Zudem hat die Wassertemperatur während der juvenilen Phase einen Effekt auf die Ausbil-dung des phänotypischen Geschlechts. Die vielschichtigen Mechanismen der Geschlechtsdetermination sowie die Vererbungsmechanismen und die moleku-largenetischen Hintergründe stellen einen starken Anreiz für wissenschaftliche Untersuchungen dar, konnten jedoch bis jetzt noch nicht vollständig aufgeklärt werden. Der erste Teil der vorliegenden Studie beschäftigt sich mit der Schätzung von genetischen Parametern bei der Vererbung der temperaturabhängigen Geschlechterverhältnisse. Anhand vollständiger Diallele einer hoch und einer niedrig temperatursensiblen Linie wurden additive Effekte, Dominanzeffekte und reziproke Effekte auf die Vererbung der Temperatursensibilität geschätzt. Weiterhin wurden Heritabilitäten für die temperaturabhängigen Geschlechterverhältnisse für diese divergent selektierten Linien über drei Selektionsgenerationen geschätzt. Hierbei ergaben sich Heritabilitäten von 0.74 für die hoch sensible Linie und von 0.51 für die niedrig sensible Linie. Durch die diallelen Anpaarungen konnte ein negativer Dominanzeffekt der niedrig sensiblen Linie ermittelt werden. Zudem zeigte sich ein negativer reziproker Effekt auf die temperaturabhängigen Männchenanteile in den Nachkommengruppen bei dem Einsatz von niedrig temperatursensiblen Müttern. Im Zuge dessen werden maternale Effekte auf die Temperatursensibilität der Nachkommen diskutiert. Der zweite Teil der vorliegenden Untersuchung erbringt einen ersten Beweis für familien-spezifische Merkmals-Marker-Assoziationen sowie QTL für das temperaturabhängige phänotypische Geschlecht von Nilbuntbarschen auf den Kopplungsgruppen (KG) 1, 3 und 23. Insgesamt wurden 21 Mikrosatellitenmarker auf diesen Kopplungsgruppen anhand einer temperaturbehandelten, genetisch rein weiblichen (XX) Population untersucht. Anhand von Einzelmarker-Analysen konnten familien-spezifische Assoziationen zum temperaturabhängigen Geschlecht für UNH995 und UNH104 auf KG 1, für GM213 auf KG 3 sowie für UNH898 und GM283 auf KG 23 nachgewiesen werden und merkmalsspezifische Allelsegregationen erkannt werden. Es konnte kein Nachweis für familien-übergreifende QTL oder Marker-Assoziationen gefunden werden. Es werden Vermutungen über weitere QTL auf anderen als den untersuchten Kopplungsgruppen angestellt. Unterschiedliche Studien konnten im Vorhinein schon Marker-Assoziationen mit dem phnotypischen Geschlecht verschiedener Tilapienarten (Oreochromis spp.) und interspezifischen Kreuzungen auf diesen Kopplungsgruppen nachweisen. Zudem konnten verschiedene Kandidatengene für die Geschlechtsdetermination diesen drei Kopplungsgruppen zugeordnet werden. Durch den Nachweis von QTL für das temperaturabhängige Geschlecht auf eben diesen Kopplungsgruppen liefert die Untersuchung neue Erkenntnisse über die Koexistenz und den Zusammenhang von genetischen und temperaturabhängigen Effekten auf die Geschlechtsdetermination. Daraus können bedeutende Informationen für weitere Untersuchungen zu Geschlechtsdeterminationsprozessen abgeleitet werden. Diese Kenntnisse werden besonders für potentielle Zuchtprogramme zur erfolgreichen Maskulinisierung über Temperaturbehandlungen von Bedeutung sein.