Chromosome set manipulation and sex control in common carp: a review

Manipulation chromosomique et contrôle du sexe chez la carpe commune : une synthèse

Aquaculture Research Center, Kentucky State University, Frankfort, KY 40601, USA

Corresponding author: bgomelsky@dcr.net

Received: 30 December 2002
Accepted: 11 July 2003

Abstract

The development of techniques for production of gynogenetic, androgenetic, polyploid, and monosex progenies in common carp (Cyprinus carpio L.) is described from a chronological perspective. Gynogenetic progenies were obtained either by suppression of the second meiotic division in eggs (meiotic gynogenesis) or by suppression of the first mitotic division in haploid embryos (mitotic gynogenesis). As a rule, gynogenetic progenies of common carp were all-female, revealing female homogamety (females—XX, males—XY) in this species. Induced gynogenesis results in increased homozygosity; the rate of increase depends on the type of gynogenesis. Inbreeding coefficient (F) for one generation of meiotic gynogenesis in common carp is about 0.6, while diploids obtained by mitotic gynogenesis are homozygous for all genes (F = 1.0). Mitotic gynogenesis was used for production of clones in common carp. In androgenetic progenies of common carp, YY males were identified, that after crossing with normal females (XX) produced all-male progenies. Triploids of common carp are characterized by a significant reduction in gonad development (especially ovaries). However, the reduction in gonad development did not result in an increase of somatic growth rate of fish. The procedure for androgen treatment to induce phenotypic sex reversal in genotypic females (XX) was elaborated. All-female progenies of common carp were produced on a large scale by crossing normal females (XX) with hormonally sex-reversed males (XX). Rearing of all-female progenies in conditions when fish normally reach sexual maturity before reaching of market size increased production yield by 7–8%. In a few cases distant hybridization resulted in polyploidy of fish without application of any physical treatment. The ability of hybrid females between crucian carp (Carassius auratus) and common carp to produce diploid (with unreduced chromosome number) gametes resulted in opportunities to produce triploid and tetraploid hybrid progenies.

Résumé

Le développement de techniques de production de lignées gynogénétiques, androgénétiques, polyploïdes et monosexes est décrit pour la carpe commune (Cyprinus carpio L.) sous l’aspect chronologique. Des lignées gynogénétiques ont été obtenues soit par suppression de la 2^e division méiotique des œufs (gynogenèse méiotique) ou par suppression de la 1^re division mitotique des embryons haploïdes (gynogenèse mitotique). En règle générale, les descendants gynogénétiques de la carpe commune sont toutes femelles, révélant une homogamétie femelle (femelles—XX, mâles—XY) chez cette espèce. Une gynogenèse induite provoque une augmentation d’homozygotes ; ce taux d’accroissement dépend du type de gynogenèse. Le coefficient de consanguinité (F) est environ 0,6 pour une génération de gynogenèse méiotique chez la carpe commune, tandis que les diploïdes obtenus par gynogenèse mitotique sont homozygotes pour tous les gènes (F = 1,0). La gynogenèse mitotique a été utilisée pour la production de clones chez la carpe. Chez les descendants androgénétiques, les mâles YY ont été identifiés, après croisement avec des femelles normales (XX) et produisent uniquement des mâles. Les triploïdes sont caractérisés par une réduction significative du développement des gonades (des ovaires en particulier). Cependant, la réduction du développement des gonades ne provoque pas une augmentation du taux de croissance somatique du poisson. La procédure du traitement androgène pour induire l’inversion sexuelle en femelles (XX) a été élaborée. Les descendants toutes femelles ont été produites à grande échelle en croisant des femelles normales (XX) avec des mâles inversés sexuellement au moyen d’hormones (XX). L’élevage de descendants toutes femelles, lorsque les poissons atteignent normalement leur maturité sexuelle avant d’atteindre leur taille commerciale accroît le rendement de production de 7–8 %. Dans quelques cas, des hybridations entraînent une polyploïdie sans application de quelque traitement physique. La capacité des femelles hybrides entre Carassius auratus et la carpe commune pour produire des gamètes diploïdes (avec un nombre non réduit de chromosomes) a donné l’occasion de produire des descendants triploïdes et tétraploïdes hybrides.