كنترل توليد مثل در ماهيان استخواني از طريق هورمون آزاد كننده ي گنادوتروپين GnRH

مقدمه
به منظور توسعه ي آبزي پروري در آينده مديريت تكثير آبزيان ضروري است. پرورش بسياري از ماهيان باله دار هنوز متكي بر صيد تخم يا لارو آنها از محيط طبيعي مي باشد. به منظور ادامه ي رشد بخش آبزي پروري ، مديريت توليد سلول هاي جنسي در محيط پرورشي ضروري مي باشد.
علاوه بر اين، مزارع پرورشي براي تامين بچه ماهيان لازم براي پرورش در طول سال ، كه به معناي ادامه ي توليد سلول هاي جنسي از مولدين مي باشد، نياز دارند. گام مهم بعدي براي تكثير ماهي براي مطلوب كردن مديريت و فن آوري پروش مولدين، همزمان سازي استحصال سلول هاي جنسي از جنس نر و ماده مي باشد. اين عمل باعث كاهش هزينه، ساده كردن جمع آوري سلول هاي جنسي و انكوباسيون تخم ها مي گردد.
متاسفانه، حتي اگر بسياري از گونه هاي ماهيان باله دار را بتوان اهلي نمود ولي چندين مشكل در زمينه ي تكثير اين ماهيان وجود دارد كه نياز به دخالت پرورش دهنده مي باشد. در واقع، مولدين، مخصوصا، به شرايط پرورشي حساس بوده و در فرايند فيزيولوژيكي توليدمثل آنها در سطوح مختلف نارسايي ديده مي شود.
فقدان محرك هاي محيطي و وجود استرس هاي پرورشي اجتناب ناپذير ، اغلب سبب عدم رسيدگي نهايي اووسيت(FOM) ، اوولاسيون و تخم ريزي طبيعي در ماهي ماده و كاهش حجم مايع مني و نزول كيفيت آن در ماهي نر مي شود. كاهش مقدار كل اسپرم فاكتور محدود كننده در بسياري از مراكز تكثير مي باشد.كه در اين زمينه جمع آوري و ذخيره ي اسپرم بدون دستكاري هاي بعدي و بدون وابستگي به فصل خاص مي تواند در امر تكثير و ايجاد ماهيان دورگه مؤثر باشد.
پرورش دهنده ها مي توانند در چندين مرحله براي فائق آمدن بر مشكلات ناشي از نارسايي در تكثير ماهيان باله دار دخالت نمايند و به اصلاح كيفيت و كميت سلول هاي جنسي بپردازند:
تغيير شرايط محيطي قابل تغيير( مانند دماي آب ، شوري آب، دوره ي نوري و شدت نور) شيه به شرايط طبيعي،تغيير حجم و عمق حوضچه، قرار دادن گياه در داخل حوضچه يا از طريق رژيم غذايي ، استفاده از علم ژنتيك و يا بكار بردن موادي كه بر روي سيستم غدد درون ريز تاثير بگذارد، از جمله ي اين دخالت ها مي باشد.استفاده از اين مواد راه حل مناسبي براي چيره شدن بر موانع تكثير گونه هاي پرورشي مي باشد.
چرخه ي توليد مثلي در ماهيان باله دار
سيستم كنترل غدد درون ريز توليدمثل در ماهيان باله دار بر اساس محور هيپوتالاموس – هيپوفيز- غدد جنسي، مشابه ي پستانداران، مي باشد. هيپوتالاموس عامل آزاد كننده ي گنادوتروپين (GnRH) كه بر هيپوفيز تاثير مي گذارد ،را توليد مي نمايد. اين غده سنتز و رهاسازي هورمون هاي گنادوتروپين (GtHs) كه نقش آن سوق دادن غدد جنسي(تخمدان و بيضه) به سمت توليد سلول هاي جنسي مي باشد، را كنترل مي كند.علاوه بر اين هیپوتالاموس، دوپامين كه نقش بازدارندگي در اين فرآيند را داراست، نيز توليد مي كند.
دو نوع GtH كه داراي ساختار و نقش شيميايي متفاوت مي باشند در ماهيان استخواني تشخيص داده شده است: GtH I (يا FSH)، در مراحل آغازين گامتوژنزيس(ويتلوژنزيس و اسپرماتوژنزيس) نقش دارد و GtH II (يا LH ) رسيدگي نهايي اووسيت(FOM)، اسپرميوژنزيس و اسپرميشن را تنظيم مي نمايد. GtH II پلاسما درست قبل از اسپرميشن و رسيدگي نهايي اووسيت افزايش يافته و باعث تعويض توليدات استروئيدوژنيك و آندروژنيك (تستوسترون،T ، و 11- كتو- تستوسترون ،11-KT ، در ماهيان نر و 17- بتا استراديول و استرون در ماهيان ماده) با توليدات پروژستونيك (مانند 17- آلفا- 20- بتا- دي هيدروكسي – 4 پروژن -3- وان و 17- هيدروكسي پروژسترون) به ترتيب در سلول هاي درون شبكه اي بيضه و سلول هاي لايه ي تك تخمدان مي گردد. هورمون هاي پروژستوني سبب رسيدگي نهايي اووسيت در ماهي ماده و تنظيم اسپرميشن در ماهي نر (تحريك توليد مايع مني و رسيدگي اسپرماتوزوآ) شده و بر روي رفتار جنسي تاثير مي گذارد.
بخش اعظم فرآيند جذب آب اسپرم وابسته به گنادوتروپين ها مي باشد .اين هورمون ها باعث اسپرميشن شده و حجم اسپرم را افزايش مي دهند. بسياري از مشكلاتي كه در زمينه ي تكثير ماهيان باله دار مشاهده مي شود(عدم انجام رسيدگي نهايي اووسيت، اوولاسيون، اسپرميشن و يا رهاسازي خودانگيز سلول هاي جنسي) در نتيجه ي نقص در انتشار GtH II بوسيله ي هيپوفيز مي باشد.
متاسفانه بسياري از ماهيها در زمان پرورش در روند توليدمثلي خود دچار نقصان مي شوند. در مولدين ماده، تحت شرايط پرورشي، رسيدگي نهايي اووسيت(FOM) و به تبع آن تخمك گذاري(اوولاسيون) و تخم ريزي ديده نمي شود(Zohar, 1988, 1989a,b; Peter et al., 1993) در مولدين نر نيز تحت اين شرايط حجم اسپرم (مايع مني و اسپرماتوزوآ) كاهش يافته و كيفيت نازلي پيدا مي كند(Billard, 1986, 1989..). دستكاري عوامل محيطي مختلف از قبيل دما، دوره ي نوري، حوضچه ي پرورشي از لحاظ عمق و حجم، وجود مواد تحريك كننده مانند پوشش گياهي و ... در بيشتر اوقات سبب بهبود و تسريع در تخم ريزي مي گردد(Zohar, 1989a; Munro et al., 1990; Yaron, 1995..).
بهر حال، در برخي از مواقع تنها راه كنترل توليدمثل در ماهيهاي پرورشي استفاده از هورمون براي القاء تخم ريزي مي باشد. روش هاي مختلفي براي استفاده ازهورمون در ماهيها تحت شرايط پرورشي مورد استفاده قرار گرفته است. نخستين روش بكار گرفته شده استفاده از هيپوفيز ماهي رسيده حاوي گنادوتروپين ، بود. امروزه از هورمون هايي كه بطور مصنوعي توليد مي گردند و توان بالايي در آزاد سازي هورمون آزادكننده ي گنادوتروپين(GnRH) دارند، استفاده مي شود.
تيمار هورموني مولدين
از دهه ي 1930 چندين منبع هورموني براي القاء و تنظيم توليدمثل ماهي مورد بررسي قرار گرفت. به اين منظور از عصاره ي هيپوفيز ماهي رسيده كه غني از GtH بود، استفاده شد .بهر حال، اين تيمار هورموني داراي چندين مشكل است:
هزينه و عدم دسترسي آسان به هيپوفيز، خطرپذيري بالا براي ماهي،‌ تغييرپذيري در كيفيت توليدات، امكان تداخل هورمون بكار رفته شده با مسير غدد درون ريز ماهي از جمله ي اين مشكلات مي باشد. علاوه بر اين تنها بر ماهياني مؤثر مي باشد كه قرابت فيلوژنيكي(تكاملي) با ماهي دهنده دارند. به اين دليل، GtH ها با گنادوتروپين جفت انسان(HCG) جايگزين گرديد كه در بازار در حد وسيع در دسترس قرار داشت و از لحاظ شيميايي خالص تر بود و اثرگذاري بيشتري نيز داشت.
گام بعدي در تكثير ماهي جايگزيني GtH يا HCG با هورمون آزاد كننده ي گنادوتروپين مشابه ي صناعي (GnRHa) بود. اين هورمون موثرتر از فرم خالص شده ي طبيعي بود به اين خاطر كه نسبت به انزيم هاي تجزيه كننده مقاومت بيشتري نشان داده و پيوستگي بيشتري با گيرنده هاي غده ي هيپوفيز نشان مي دهد.
استفاده از GnRHa باعث تحريك توليد و رهاسازي GtH از غده ي هيپوفيز مي گردد. مزيت استفاده از GnRHa به جاي HCG بخاطر اثرگذاري بيشتر اين هورمون، حفاظت بيشتر از سلامتي ماهي(چون آنها در آزمايشگاه ساخته مي شوند خطري از لحاظ انتقال عوامل بيماريزا احساس نمي شود) ، قيمت ارزان و دسترسي آسان مي باشد.
از اين گذشته چون اين هورمون ها از پپتيدهاي كوچك تشكيل مي شوند تداخلي با سيستم ايمني بدن ماهي ايجاد نكرده و باعث واكنش هاي آلرژيك يا مقاومت بعد از چند بار تكرار استفاده از هورمون نمي گردد. استفاده از GnRHa باعث چندين بار تخم ريزي در مولد ماده و طولاني شدن فصل توليدمثل ماهي نر بدون كاهش كيفيت اسپرم مي گردد.در حقيقت، GnRH احتمالا باعث تحريك هورمون هاي ديگر هيپوفيز كه در چرخه ي توليدمثلي دخيل اند مانند هورمون رشد(GH)، هورمون محرك تيروئيد(TSH) و سوماتولاكتين مي شود.
فعاليت GnRHa در بالاترين سطح مسير غدد درون ريز سبب تحريك متعادلتر و يكپارچه تر پديده هاي توليدمثلي با ساير كاركردهاي فيزيولوژيكي مرتبط با چرخه ي توليد مثلي مي گردد. در برخي از ماهيان مانند كپور معمولي و گربه ماهي آمريكايي GnRHaبه همراه ضد دوپامين براي خنثي كردن اثر بازدارندگي دوپامين بر روي هيپوتالاموس استفاده مي شود.
در طول ده سال گذشته ، سيستم هاي مختلف تزريق GnRHa در ماهيان باله دار پرورشي مورد استفاده قرار گرفت. اولين آزمايش ها همان تزريق GnRHa بود كه هنوز نيز روش مرسوم القا نمودن تخم ريزي در بين ماهيان پرورشي است. اگرچه، بعد از يكبار تزريقGnRHa افزايش GtHII پلاسما محدود مي باشد چون هورمون سريعا بوسيله ي آنزيم از بين رفته و از جريان خون بعد از 10- 23 دقيقه حذف مي گردد. به اين دليل ، يك تزريق كافي نبوده و براي بدست آمدن نتيجه ي مطلوب دو يا چند بار تزريق نياز مي باشد. از اين گذشته، تزريق بايد در هنگام نزديك شدن به رسيدگي جنسي انجام گيرد.
از اين رو كنترل ماهي براي يافتن زمان دقيق تزريق ضروري است. در عوض در ماهيان نر ، يك تزريق GnRHa تنها براي چند روز نقش مثبتي در اسپرميشن دارد. اگر مولدين ماده بطور همزمان به رسيدگي جنسي و تخم ريزي برسند( يا در يك زمان در فصل توليدمثل) اين تاثير كوتاه مفيد نخواهد بود. اگرچه، در مولدين ماده اي كه سلول هاي جنسي شان چندين بار در سال به رسيدگي مي رسد نيز به توليد اسپرم بيشتر و طولاني تري براي انجام عمل لقاح نياز خواهد بود.
سيستم آزاد كننده ي GnRHa
پيشرفت هاي اخير در فن اوري توليدمثل موجب توليد سيستم آزاد كننده ي GnRHa گرديد. اين سيستم اجازه ي كنترل ميزان هورمون وارد شده به داخل خون را در مدت چند روز تا چند هفته مي دهد و همزمان مي توان اين مواد را براي چندين سال نگهداري نمود. از نقطه نظر شيميايي، توليدات جديد تركيبي از GnRHaرقيق شده و يك جايگاهي كه از لحاظ شيميايي بي اثر است بوده و بعد از تزريق در بدن حل مي شود، مي باشد. تركيباتي كه به عنوان جايگاه مي توان استفاده نمود عبارتند از :
كلسترول و سلولز، لاكتيك اسيد و گليكوليك اسيد يا پليمرهاي ديمر اسيدهاي چرب و سي بازيك اسيد، يا اتيلن و وينيل استات (EVAc). ميزان آزاد شدن GnRHa به آساني بوسيله ي تغيير در وزن مولكولي پليمر ها، درصد بار كردن جايگاه با هورمون، نوع(آب دوست يا آب گريز) و فرم (گوي شكل يا قرصي شكل) جايگاه قابل كنترل مي باشد.
به نظر مي رسد سيستم EVAc مناسب تر است چون به راحتي تهيه شده، اثرگذاري بيشتري داشته و قابل ذخيره كردن در دماي 20- درجه ي سانتيگراد مي باشد. در اين سيستم گوي هاي كوچك بصورت سوسپانسيون در مايع ،تزريق مي گردد. تمام اين سيستم هاي آزاد كننده بر محدوديت هاي تكنيكي و بيولوژيكي روش هاي قديمي فائق مي آيد.
در ماهي نر كاشت GnRHa توليد مايع مني را افزايش داده و فصل توليدمثلي را گسترش مي دهد. هيچ كاهشي در تراكم، تحرك و ميزان باروري سلول هاي جنسي نر بعد از تزريق مشاهده نشده، چون در اين روش تنها باعث افزايش موقت GtHII ، كه عهده دار افزايش مايع مني است، مي شود. اين پديده را اين گونه مي توان تفسير نمود كه احتمالا GnRHa تزريق شده باعث جذب آب بيشتر لوله هاي اسپرمي ميگردد. فشار هيدروستاتيكي زياد درون بيضه اي باعث حركت اسپرماتوزوآ از بيضه به لوله ي وابران شده و در نتيجه سبب افزايش مايع مني مي گردد.
اليته در برخي از گونه ها مانند آزاد ماهي اقيانوس اطلس (Salmo salar) و باس دريايي اروپايي (Dicentrarchus labrax) مشاهده شده كه افزايش حجم اسپرم در اثر افزايش توليد سلول هاي اسپرم بوده و تنها به خاطر فشار هيدروستاتيك نبوده است. قابليت افزايش مايع مني در ارتباط با نوع سيستم آزاد كننده ي GnRHa استفاده شده مي باشد.
در ماهيان ماده استفاده از GnRHa مي تواند كيفيت و كميت توليد تخم را بهبود بخشد. از اين گذشته اين هورمون در همزمان سازي رسيدگي مولدين ماده به منظور تخم كشي از تمام مولدين موثر است. بهر حال، اثرگذاري تزريق هورمون بر اساس نوع گونه ، نوع سيستم آزاد كننده ي بكار رفته شده، مرحله رسيدگي جنسي ماهي و شرايط محيطي متغير مي باشد.
سيستم آزاد كننده GnRHa بطور موفقيت آميز براي تحريك رسيدگي جنسي و تخم ريزي حدود 40 گونه ي ماهيان باله دار ماده و حدود 20 گونه ي ماهي نر مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال : باس راه راه (Morone saxatilis) ، باس سفيد(M. chrysops)، باس دريايي اروپايي (Dicentrarchus labrax)، كپورماهيان(ماهي طلايي Carassius auratus ؛ كپور معمولي Cyprinus carpio ) ، آزاد ماهيان(ماهي اقيانوس اطلس Salmo salar ؛ قزل آلاي رنگين كمان Oncorhynchus mykiss ؛ آزاد ماهي قرمز Oncorhynchus nerka ) و خانواده ي سيانيده ( خامه ماهيChanos chanos)
منبع:
سيد مرتضي ابراهيم زاده-كارشناس ارشد شيلات
R. Simona , B. Rodolfo , The control of reproduction in finfish species through GnRH treatments, ITAL.J.ANIM.SCI. VOL. 4, 345-353, 2005
Mylonas, C.C., Scott, A.P., Vermeirssen, E.L.M., Zohar, Y., 1997c. Changes in plasma gonadotropin II and sex-steroid hormones, and sperm production of striped bass after treatment with controlled-release gonadotropin-releasing hormone agonist-delivery systems. Biol. Reprod. 57, 669–675.
Zohar, Y., 1988. Gonadotropin releasing hormone in spawning induction in teleosts: basic and appliedconsiderations. In: Zohar, Y., Breton, B. Eds.., Reproduction in Fish: Basic and Applied Aspects in Endocrinology and Genetics. INRA Press, Paris, pp. 47–62.
Zohar, Y., 1989a. Fish reproduction: its physiology and artificialmanipulation. In: Shilo, M., Sarig, S. Eds..,Fish Culture in Warm Water Systems: Problems and Trends. CRC Press, Boca Raton, pp. 65–119.

http://www.articles.ir/article2361.aspx

Zohar