GENETICKA DIVERZITA KARASE STRIBRITEHO (CARASSIUS

GENETICKA DIVERZITA KARASE STRIBRITEHO (CARASSIUS 'GIBELIO',
BLOCH, 1846) NA UZEMi CESKE REPUBLIKY
Genetic diversity ofSilver Prussian Carp (Carassius 'gibelio', Bloch, 1782) in the territory of
the Czech Republic
L. KALOUS, V. SLECHTOVA, v. SLECHTA
SUMMARY
[n this study we present our findings in genetic diversity ofSilver Pruss ian carp (c. 'gibelio') studied by
analysis ofthe allozymes. We defined a hypothesis that the genetic diversity will be rather small and the territory
will be occupied by small number of successful clones mainly due to following reasons: gynogenetic
reproduction, female biased sex ratio and restricted number of individuals which penetrated waters of the Czech
Republic. Surprisingly we found quite high diversity. Among 76 individuals of C. 'gibelio' we discovered 43
dffferent phenotypes. There were found private alleles in 9 of the investigated fish. Population of C. 'gibelio' in
the Czech Republic shows high genetic diversity and seems to be very variable complex of triploid and diploid
individuals, which most probably can combine bisexual and gynogenetic reproduction. The offspring, which
arose from sexual reproduction, accomplished genetic recombination and have the ability to reproduce clonally
by gynogenesis.
UVOD
Karas stl'ibfity (Carassius 'gibelio) je jiz nejmene 30 let soucastf ichtyofauny Ceske republiky. Zpravu
o proniknuti karase sthbnteho na 6zemi Moravy v roce 1976 podali Lusk et al. (1977). Studie fyIogenetickych
vztahu mezi jednotlivymi populacemi v Eurasii jednozna~ne potvrdila, ze se jedna 0 rybu introdukovanou, tedy
pro Stl'ednf Evropu nepuvodni (Kalous et al. 2004). VzhIedem ke zpi'lsobu rozmnozovani (gynogenezi) a pfevaze
samic pi'edev~im v populacich v rilznych vodnich midrzich, se obecne pi'edpokhidalo, Ze na 6zemf Ceske
republiky se bude vyskytovat nekolik uspMnych klonu. SexmUni parazitizmus, a ekologicka plasticita dala
karasovi sti'ibfitemu potencial kjeho rychlemu osidleni vhodnych biotopujak popisuje napf. Hala~ka et al. 2003.
Hlavnim duvodem roz~ifovarujsou pak pi'edevMm rybai'ske aktivity (Slavik & Barto~ 2004).
Gynogeneze, je forma rozmnozovanf, kdy je vajf~ko k delenf pouze iniciovano spermif samce jineho
rybfho druhu. Geneticky material samce se na naslednem vyvoji jedince nepodflf a potomstvem jsou identicke
kopie rnatky, tedy klon. Pokud buderne analyzovat jednotlive jedince klonu pornocf alozymovych dat, meli by
mit v~echny nalezene znaky stejne. U karase stl'fbi'iteho takto pouzili alozymy pro identifikaci klonu napi' Yang
et al. (2001). Siedovali alozymove znaky (fenotyp) jednotIivych klon\) po ti'i generace. V~echny generace
vykazovaly stAly fenotyp.
CHern na~eho projektu bylo identifikovatjednotlive klony ajejich vyskyt na 6zemi CR.
MATERIAL A METODIKA
Celkern bylo analyzovano 76 karasu sti'ibi'it)rch z rUznych lokalit a 2 jedinci karase ginbuny viz Tab. 1
Ryby byly po pfevozu po rilznou dobu pi'echovavany v akvariich ~i nadrzich v objektu UZFG AVCR v
Libechove. Po usrnrceni byly odebrany vzorky tkani Gatra, sval) v mnozstvf cca 1 g do kryokonzerva~nich
zkurnavek, ktere byly ulozeny v mrazicfm boxu pfi teplote -80 0 C do doby vlastnich analYz. Z odebranych tkani
byly pi'ipraveny hornogenaty, ktere byly analyzovany metodou horizontalni elektroforezy v 11 % ~krobovern
gdu v pfislu§nem pufru. Po ukon~enf elektroforezy byl ka.zdY gel rozi'iznut na 3 vrstvy 0 tlou~t'ce 2 mm a
barveny metodou probarvovaci agarove vrstvy (Valenta et al. 1971). Obarvene gely byly fotografovany,
ode~tene fenotypy byly ozna~eny podle dohodnut)rch pravidel (Shaklee et al. 1990). Geneticka variabilita byla
studovana v 11 enzymovych systemech, ktere jsou k6dovany 31 lokusy.
Pro vyhodnoceni ziskanych alozyrnovych dat nebylo rnozne pouzit standardnich geneticko-statistickych
programu jako napi'. Biosys nebo Genetix apod. DUvodern je polyploidie a hybridni charakter genomu
analyzovanych jedincu, kdynektere lokusy se jevily jako trialelicke. Pro vyhodnoceni alozymovych dat byl
proto vytvol'en program "VENDULA". Tento program pi'evadi standardni alozymova data (data zapsana podle
relativni pohyblivosti alozymu v gelu) do binArni matice.(http://www.af.czu.czJkzr/natural/personallkalous.html)
VYSLEDKY A DISKUSE
Z 31lokusu bylo 6 rnonomorfnich: ME-2, m-MDH-2*, LDH-Bl *, LDH-B2*, G3PDH-l * a G3PDH-2*.
Prilmemy po~et aIel na lokus (A) = aritmetick)r prilmer aIel na v~ech zkoumanych lokusech byl 2,42
(zahrnuje i 2 jedince karase ginbuny).
Po~et polymorfuich lokusu (P) = pomt!me zastoupeni polymorfnich lokusu v celkovem vzorku
zkournanych lokusu 24 z 31, P = 0,774 (zahmuje i 2jedince karase ginbuny).
U lokusu 6-PGD 2 bylo v celem vzorku (76+2jedincu) nalezeno pet rUznych aIel, v lokusech GPI-A2*,
GPI-B*, PGM2*, s- AAT 2* po ~tyi'ech rUznych alelach, v lokusech GPI-A3*, GPI-A4*, ME 1*. LDH C2*, mIDH 1,2*, s-MDH-l *, CK*, 6-PGD 1*, s-SOD-2* byly nalezeny vZdy ti'i rUzne alely. Dve alely se vyskytovaly
33
v lokusech GPI-AI*, LDH-A*, s-IDH 1*, s-IDH 2*, s-AAT 1*, m-AAT 1*, m~AAT 2*,:AK*, s-MDH-2*, mMDH 1*.
Zastoupeni jednotlhych aiel (tislo v zavorce) s nejvy~M frekvenci ryskytu (tfslo za zavorkou) v
polymorfnich lokusech byIo: GPI-A2*(100) 0,95; GPI-A3*(100) 0,96; GPI-A4*(1II) 0,83; GPI-B*(lOO) 0,86;
ME-I *(095) 0,56; LDH-A*(100) 0,98; LDH-C2*(100) 0,99; PGM-2* (100) 0,54; s-AAT-I *(100) 0,99; s-AAT2*(140) 0,54; m-AAT-I *(100) 0,84; m-AAT-2*(100) 0,99; AK*(IOO) 0,98; m-IDH-I,2*(lOO) 0,94; s-IDH1*(100) 0,53; s-MDH-I *(100) 0,59; m-MDH-l *(100) 0,98; CK*(100) 0,50; 6-PGDH-I *(100) 0,91; 6-PGDH2*(100) 0,78; SOD-2*(100) 0,91.
Tab.I Lokality, odkU d b'ylY
I ziskanl}' ryoy
b pro a ozymovou stud"
II
Lokalita
Potet
Milevsko, rybafstvi
1
Pohorelice, rybatstvi
9
reka Nisa,
Vla~im,
Stra~
1
nad Nisou
rybnitek
1
Doini Bene~ov, rybarstvi
15
Bo~ice,
2
fitka Jevi~ovka
Bojanov, fitka Chrudimka
2
Hradec nad Svitavou, rybnitek
8
Praha - Vinor, rybnik
1
Hluboka na Vitavou, rybatstvi
5
Lazn~
5
Bohdanet, rybatstvf
Strkov nad Lufuicf, rybatstvi
10
Balgova tun, reka Dyje
7
Radvaft nad Dunajem, reka Dunaj
5
Lib~chov
2
Vacek, rybatstvi
Podkozi, rybatstvi
1
Borohradek, rybnik
1
Karas ginbuna (Carassius langsdorfii)
Bojanov, neka Chrudimka
2
Na zaklad~ shodnosti fenotypu ve v~ech Iokusech bylo u 76 jedincu identifikovanych jako karas
stfibfitY pozorovano celkem 43 rlizuych fenotypovych skupin. Na~li jsme i 34 jedincu se zcela individualnimi
fenotypy (do teto skupiny byly zafazeni i dva jedinci ureenf jako karas ginbuna), zbyvajfcf jedince bylo mo~ne
rozd~lit do 10 skupin. Dv~ nejv~tSi skupiny "A" a "B" obsahovaly vZdy po 7 jedincfch sdilejicich stejny fenotyp.
Skupina "C" obsahovala 6 jedincu se stejnym fenotypem. Ctyfi skupiny "D", "E", "F", "G" obsahovaly vzdy po 4
jedincich se stejnym fenotypem. Dv~ skupiny "H" a "I" obsahovaly vzdy 3 jedince se stejnym fenotypem a v
jedne skupin~ "J" sdHeli dvajedinci stejny fenotyp.
Do fenotypove skupiny "A" bylo zafazeno 5 jedincu z Radvan~ nad Dunajem ulovenych v roce 1999
(v~ichni) a dvajedinci z rybarstvf Vacek LiMchov. Do fenotypove skupiny "B" bylo zafazeno 7 jedincu ze ttl
lokalit: Hluboka (2), Lazn~ Bohdanee (3), Strkov nad Lufuicf (2). Do fenotypove skupiny "C" bylo wazeno 5
jedincu z Pohorelic a 1 jedinec z Milevska. Do fenotypove skupiny "D" byli zafazeni 3 jedinci z Hradce nad
Svitavou a 1 jedinec z Pohorelic. Do fenotypove skupiny "E" byli zal'azeni 4 jedinci ze Strkova nad Lumici. Do
fenotypove skupiny "F" byli zafazeni celkem 4 jedinci ze ttf lokalit: Jevi~ovka (2), Hradec nad Svitavou (1),
Vinor (1). Do fenotypove skupiny "G" byli zafazeni 4 jedinci z Dolniho Bene~ova. Do fenotypove skupiny "H"
byli zafazeni 3 jedinci z Hradce nad Svitavou. Do fenotypove skupiny "I" byli zafazeni 3 jedinci z Hluboke nad
Vltavou. Do fenotypove skupiny "J" byli zafazeni 2 jedinci z Pohorelic.
34
U nekolikajedincu ureenych morfologicky jako karas sttibi'iry byly nalezeny jedineene alely vyskytujici
se nanejry§ u dvou analyzovanychjedincu:
Dolni Benesov: LDH-C2* (-50),
Nisa: GPI-B* (010), LDH-A* (067), m-AAT-2* (-150), AK* (135), m-IDH-l,2* (112),
Borohnidek: GPI-A2* (117), GPI-A3* (090), PGM-2* (090), s-AAT-2* (070),
Uzne Bohdanee a Podkozi: GPI-A3* (098),
Balgova tUn: SOD* (360),
Balgova tM: SOD* (250),
Strkov n. L.: s-AAT-l * (I 10), s-AAT-2* (I 10),
Pohotelice: s-AAT-2* (l05).
U dvou analyzovanych karasu ginbun z Chrudimky byly nalezena privatni alela: PGM-2* (080).
Slozitosti pti vyhodnocovani alozymorych analyz je casteene odli§na geneticka struktura populaci
karase sti'ibtiteho vyskytujiciho se na na§em memi, nez je tomu u normalne bisexualne se mnozicich druM, a
volne rekombinace rodieovskych genomu. U karase sttibtiteho se jedna se 0 polyploidni komplex, ve kterem se
vyskytuji diploidni jedinci evoluene tetraploidniho puvodu a jedinci triploidni - evoluene hexaploidnf, navie
zrejme dochazi ke kombinacim nekolika druhorych genomu v hybridnich sestavach s momost{ "ptirozene"
hybridizace s jinymi druhy za vzniku ktfzencu. RUzna ploidie znaene komplikuje vyhodnocovanf alozymovych
dat, protoze jednotlive elektromorfy se vyskytuji v ruznem poetu u jedincu s ruznou urovni ploidie.
Rozmnozovanf u karase sttibtiteho se rovnez odlguje od normalniho bisexuaIniho zpusobu, protoze kombinuje
sexualni a asexualni zpusob rozmnozovanf a tedy i dedienosti (Zhou et al. 2000). Pi'i pi'edpokladu
gynogenetickeho rozmnozovani by meli mit potomci shodne alozymove znaky ve v§ech analyzovanych
lokusech. Je v§ak potteba vzit v uvahu i jev tzv. allogynogeneze (subgenomicka inkorporace genetickeho
rnaterialu iniciujiciho otce (T6th et al. 2005; Zhou et al. 2000». V pi'ipade, ze se jedna 0 sexualni reprodukci u
tzv. "triploidnich" jedincu, dochazi k syngamii a rekombinaci a vznikly jedinec se od srych rodicu mi (Zhou et
al. 2000). Na uzemi C:eske republiky se podle dostupne literatury (Lusk et al. 1977) dostalo pomeme omezene
mnozstvijedincu karase sttfbtiteho migraci z Dunaje. Vzhledem kjeho prokazanemu gynogenetickemu zpusobu
rozmnozovani (Penaz et al. 1979; Flaj§hans et al. 2004) a ojedineIemu ryskytu samcu se ptedpokladalo, ze na
uzemi CR se bude vyskytovat jen nekolik uspMnych klonu, ktere k nam pronikly z Dunaje (Holeik & Zitfian
1978; Lusk 1986). K hypoteze 0 ryskytu takorych klomi vedlo nekolik logickYch uvah. Roz§itovani karase
stfibtiteho po uzemi CR se delo a deje ptedev§im ptevozy nasad kapra (Slavik & Barto§ 2004; Vete§nik et al.
2005). Na novou lokalitu se tak vet§inou dostava jen nekolik jedincu, kteti daji zaklad nove populaci. Naprostci
vet§ina ryb jsou samice. Navie jedinci ve zkoumanem vzorku byli z veHi casti zajisteni z rybarskYch provozu.
Vylovy ptedstavuji pro karase sttibtiteho rovnez drasticke snizeni velikosti populace (efekt "hrdla lahve" "bottleneck"), kdy v rybnicich pteziva jen nekolik malo jedincu, kteti davaji zaklad dal§im generacim. Jedmi se v
zasade jen 0 samice, potomstvo by melo byt podle ptedpokladu gynogetickeho rozmnozovani klonalni.
Objevenf 43 ruznych fenotypu alozymorych sestav u 76 jedincu karase sttibtiteho v§ak spi§e vyvraci
pl'edpoklad 0 klonalnim charakteru na§ich populaci. Diverzita karase sttibtiteho neni omezena na nekolik malo
klonu obyvajicich uzemi CR.
Zajimarym objevem je frekvence nejcasteji se vyskytujieieh aIel, ktera dosahuje vysokych hodnot - v
11 lokusech ptesahuje hodnotu 0,90. ptesto se vet§ina jedincu od sebe odli§uje prave ryskytem ojedinelych aIel,
ktere jsou rovnomeme rozmisteny po celem analyzovanem vzorku ryb. Navie bylo objeveno 9 jedincu karase
stfibtiteho se vzacnyroi alelami.
Vysvetleni pro tak velkou diverzitu mohou by! zatim pouze ptedberna: 1) ptedpokladany hybridni
pl'ivod, tj. kombinace genomu druM, ktere zatim nejsme schopni identifikovat; 2) moma introgrese od samcu
jinych druM, ktere iniciuji ryvoj jikry pti procesu allogynogeneze.
SOUHRN
Na zaklade alozymove analyzy Ize konstatovat, ze geneticka diverzita karase stfibhteho na uzemi CR je velka.
Nejedna se jen 0 nekolik klonu, ale 0 znacne variabilni komplex pfedevsim triploidnich a diploidnich jedinci't,
kteN zfrdme mohou kombinovat bisexU(ilni a gynogeneticke rozmnozovani Ph sexualnim rozmnozovani vznikaji
jedinci s rekonbinantnim genom em, kteN se dale mohou mnozit klonalne (gynogeneticky). Genom karase
stfibhteho u nas je komplikovanYm zpusobem modifikovan zfejme hybridnim pftvodem, ruznou urovni
polyplodie, procesem allogynogeneze, introgrese a moznosti rekombinace takto modifikovaneho genamu ph
homospecifickem pafeni.
PODEKovANi
Tato studie v~ikla za podpory: VZ UZFG c. AVOZ5450515, VZ FAPPZ, C:ZU C. MSM 6046070901 a
grantu GACR 206/05/2159. Radi bychom podekovali v§em kteti nam poskytli material pro analYZY.
35
LlTERATURA
Flaj~hans, M., Luskova, V., Vete~nik, L., Halacka, K., Rodina, M., Lusk, S., Gela, D. (2004): Diploidnf,
triploidnf a tetraploidni karas stfthfitY Carassius aura/us z dolnfho toku Dyje: prvnf vysledky
reprodukcnf charakteristiky a experimentalni hybridizace, Biodiverzita ichtyofauny CR (V), p. 35-43.
Halacka, K., Luskova, V., Lusk, S. (2003): Carassius "gibelio" in the fish communities of the Czech Republic,
Ecohydrology and hydrobiology, 3 [1] 133-138.
Holcik, J. & Zitnan, R. (1978): On the Expansion and Origin of Carassius auratus in Czechoslovakia, Folia
Zoologica 27(3): p. 279-288.
Kalous, L., Slechtova V. jr., Bohlen, J., Doadrio, I. (2004): Puvod a identifikace ryb rodu Carassius v Evrope
pomoci molekularne-genetickych dat, Sbomik ze VII. Ceske ichtyologicke konference, Vodnany, 6-5.5.
2004, p.64-68
Lusk, S., Baru~, V. & Vesely, V. (1977): On the question of the occurrence of Carassius auratus L. in the
Morava River watershed, Folia Zoo1. Bmo, 26(4): p. 377-381.
Lusk, S. (1986): Problem of Carassius auratus under the conditions of Czechoslovakia. tiv. VYr., 31: p. 945951.
Penaz, M., Rab, P., Prokes, M. (1979): Cytological analysis, gynogenesis and early development of Carassius
auratus gibelio. Acta Sci. Nat. Bmo, 13(7): p. 1-33.
Shaklee, J. B., Allendorf, F. W., Mortitz, D. C., Whitt, G. S. (1990): Gene nomenclature for protein-coding loci
in fish, Trans.Amer. Fish. Soc., 119: p. 2-15.
Slavik, O. & Barto~, L. (2004): What are the reasons for the Prussian carp expansion in the upper Elbe River,
Czech Republic?, Journal ofFish Biology, 65 (Supplement A), p. 240-253.
T6th, B., Varkonyi, E., Hidas, A., Edvine Meleg, E. & Varadi, L. (2005): Genetic analysis of offspring from
intra- and interspecific crosses of Carassius aura/us gibelio by chromosome and RAPD analysis, Journal
of Fish Biology 66: p. 784-797.
Valenta, M., Hylgaard-Jensen, 1., Jensen, E. S. (1971): Interaction of veronaI, pyrophosphate, citrate and protein
with lactate dehydrogenase isozyme determination and kinetics, Acta Vetenaria Scandinavia 12: p. 1535.
Vetesnik, L. (2005): Biologicke charakteristiky karasa stfibfiteho (Carassius auratus L.) s aspektem rozne
ploidie v podminkach Ceske republiky, Doktorska prace, Mendelova zemedelska a lesnicka univerzita v
Bme.
Yang, L., Shu-Ting, Y., Xue-Hong, W., Gui, J. F. (2001): Genetic Diversity Among Different Clones of the
Gynogenetic Silver Crucian Carp Carassius auratus gibelio, Reveald by Transferrin and Isozyme
Markers, Biochemical Genetics, Vol.39, Nos. 5/6: p. 213-225.
Zhou, L., Wang, Y., Gui, J. F. (2000): Genetic evidence for gonochotistic reproduction in gynogenetic silver
crucian carp (Carassius auratus gibelio Bloch) as revealed by RAPD assays, J. Mol. Evol., 51: (5) p.
498-506.
ADRESY AUTORU
Lukas Kalous (1;2)
Vera Slechtova (2)
Vlastimil Slechta (2)
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]
(l) katedra zoologie a rybatstvi, Fakulta agrobiologie, potravinovych a pfirodnich zdroju, Ceska Zemedelska
Univerzita v Praze, 16521 Praha 6 - Suchdol
(2) laboratof genetiky ryb, Ustav ZivoCi~ne Fyziologie a Genetiky Zivocichii, Akademie Ved CR, 277 21
Libechov
36