ridm@nrct.go.th   ระบบคลังข้อมูลงานวิจัยไทย   รายการโปรดที่คุณเลือกไว้

การศึกษาคุณลักษณะและความสัมพันธ์ของฮอร์โมนที่ควบคุมการหลั่งกับฮอร์โมนที่กระตุ้นต่อมสืบพันธุ์และฟีโรโมนเพศสัมพันธ์ของกุ้งและปู กับการประยุกต์ใช้ในระบบเพาะเลี้ยง

หน่วยงาน สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย

รายละเอียด

ชื่อเรื่อง : การศึกษาคุณลักษณะและความสัมพันธ์ของฮอร์โมนที่ควบคุมการหลั่งกับฮอร์โมนที่กระตุ้นต่อมสืบพันธุ์และฟีโรโมนเพศสัมพันธ์ของกุ้งและปู กับการประยุกต์ใช้ในระบบเพาะเลี้ยง
นักวิจัย : ประเสริฐ โศภน
คำค้น : CNS , Crustacean , GnRH , Gonadal development , Gonadotropins , Neuropeptides , Neurotransmitters , Pheromone , Reproductive organs , Sperm-egg production
หน่วยงาน : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย
ผู้ร่วมงาน : -
ปีพิมพ์ : 2557
อ้างอิง : http://elibrary.trf.or.th/project_content.asp?PJID=DPG5280004 , http://research.trf.or.th/node/7377
ที่มา : -
ความเชี่ยวชาญ : -
ความสัมพันธ์ : -
ขอบเขตของเนื้อหา : -
บทคัดย่อ/คำอธิบาย :

กุ้งและปูนับเป็นสัตว์น้ำเศรษฐกิจที่สำคัญมากของประเทศไทย แต่การเพาะเลี้ยงกุ้งและปูก็ยังมี ปัญหาคอขวด โดยเฉพาะประสิทธิภาพในการผลิตเซลล์สืบพันธุ์และการมีเพศสัมพันธ์ของพ่อ-แม่พันธุ์ที่เลี้ยงในสภาพ กักขัง การวิจัยในโครงการนี้มุ่งเน้นที่จะช่วยแก้ปัญหาดังกล่าวโดยส่วนหนึ่งเป็นการวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับลักษณะ โครงสร้างของระบบประสาท อวัยวะสืบพันธุ์ และฮอร์โมนประสาทควบคุมการสืบพันธุ์ของกุ้งและปู อีกส่วนหนึ่งคือ การ ประยุกต์ใช้ฮอร์โมนดังกล่าวในการกระตุ้นประสิทธิภาพการสืบพันธุ์ของพ่อ-แม่พันธุ์ซึ่งอาจนำไปประยุต์ใช้ในการ เพาะเลี้ยงได้ ระบบประสาทของกุ้งและปูประกอบไปด้วยก้านตาซึ่งมี X-organ-sinus gland complex ที่สร้างฮอร์โมนระงับ การพัฒนาของต่อมเพศและการลอกคราบในสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม สมองซึ่งแบ่งออกเป็นสามส่วนคือ ส่วนหน้า (protocerebrum) เกี่ยวข้องกับการรับและตอบสนองต่อสัญญาณแสง ส่วนกลาง (deutocerebrum) เกี่ยวข้องกับการรับ และตอบสนองต่อสัญญาณกลิ่น และส่วนท้าย (tritocerebrum) เกี่ยวข้องกับการควบคุมรยางค์ที่เกี่ยวกับการกินอาหาร สมองต่อกับปมประสาทส่วนอก (thoracic ganglia) และปมประสาทส่วนท้อง (abdominal ganglia) ในปูปมประสาททั้ง สองรวมกันเป็นปมประสาทขนาดใหญ่ อวัยวะสืบพันธุ์เพศเมียประกอบด้วยรังไข่ ท่อนำไข่ รังไข่มีการพัฒนาเป็น 5 ช่วง ได้แก่ spawn, spent, proliferation, premature และ mature ในช่วงต่างๆมีการพัฒนาเซลล์ไข่ผ่าน 5 ระยะ ได้แก่ oogonia และ oocytes ระยะ 1-4 อวัยวะสืบพันธุ์เพศผู้ประกอบด้วย ต่อมอัณฑะทำหน้าที่สร้างเซลล์อสุจิ ท่อนำอสุจิซึ่ง สร้างสารกระตุ้นการพัฒนาของเซลล์อสุจิ เช่น male-related reproduction factor (Mrr) ท่อเก็บและฉีดอสุจิ (ejaculatory bulb) และต่อมแอนโดรเจนิค (androgenic gland-AG) ซึ่งสร้างฮอร์โมน insulin-like androgenic gland hormone (IAGH) ที่ควบคุมการทำงานของอวัยวะสืบพันธุ์ การแสดงออกของลักษณะเพศผู้และการผลิตเซลล์อสุจิ จากการ วิเคราะห์ด้วยกรรมวิธี immunohistochemistry, mass spectrometry และ molecular cloning พบว่าสารฮอร์โมนที่ เกี่ยวข้องกับการควบคุมกระบวนการสืบพันธุ์ที่พบในระบบประสาทกลางและต่อมเพศคือ ซีโรโทนิน (serotonin-5HT), dopamine (DA) นิวโรเปปไทด์ในกลุ่ม GnRHs, กลุ่ม RF, neuropeptide F, egg-laying hormone (ELH), insulin-like androgenic gland hormone (IAGH), male reproduction related factor (Mrr), prostaglandin (PG) และ Kiss peptide การฉีดกระตุ้นแม่พันธุ์กุ้งด้วยสารสื่อประสาท 5HT ทั้งในกุ้งก้ามกรามและกุ้งกุลาดำ ทำให้รังไข่พัฒนาเร็วขึ้น และเซลล์ไข่มีการเพิ่มขึ้นทั้งปริมาณและคุณภาพ ในขณะที่สารสื่อประสาท DA ออกฤทธิ์ในทางตรงข้าม ในทำนอง เดียวกัน การกระตุ้นแม่พันธุ์ด้วยฮอร์โมน GnRHs โดยเฉพาะ isotypes ที่พบใน lamprey, octopus และ tunicate กับ GnRH ของกุ้ง และ ELH ที่คล้ายกับของหอยเป๋าฮื้อว่าสามารถทำให้รังไข่มีการพัฒนาเร็วขึ้นและเซลล์ไข่ก็มีทั้งปริมาณ และคุณภาพโดยมีอัตราการปฏิสนธิกับเซลล์อสุจิในระดับที่ไม่ด้อยกว่ากลุ่มควบคุม ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าสารทั้งสามชนิด ออกฤทธิ์ที่อวัยวะเป้าหมายอันเดียวกันคือ รังไข่และเซลล์ไข่ เมื่อพิจารณาระดับปริมาณของสารที่ใช้ต่อน้ำหนักตัวของแม่ พันธุ์เพื่อให้เกิดผลตอบสนองทางบวกพบว่า ELH เป็นฮอร์โมนที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งอาจออกฤทธิ์โดยตรงที่รังไข่ 2 ส่วน GnRH มีประสิทธิภาพเป็นลำดับที่สอง โดยต้องใช้ dose มากกว่า ELH ถึง 10 เท่า ในขณะที่ 5HT ต้องใช้ dose ที่ มากกว่า ELH ถึง 440 เท่าเพื่อให้ได้การออกฤทธิ์ที่ได้ผลใกล้เคียงกัน นอกจากนั้นแล้ว พบว่า 5HT ไม่ได้ออกฤทธิ์ที่รังไข่ โดยตรงแต่เป็นการออกฤทธิ์โดยกระตุ้นการปล่อยสารฮอร์โมนบางอย่างจาก thoracic ganglia ดังนั้นเราจึงเสนอ สมมุติฐานว่า 5HT, GnRH, ELH อยู่ในสายการควบคุมพัฒนาการของรังไข่สายเดียวกัน โดย 5HT ซึ่งเป็นสารสื่อประสาท ระดับสูงสุดที่อยู่ในเซลล์ประสาทแบบ serotonergic neurons ที่พบในส่วนต่างๆของระบบประสาทกลางเฉพาะที่ก้านตา และสมองส่วนหน้าของทั้งกุ้งและปู serotonergic neuron เหล่านี้เป็นเซลล์รับรู้การเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมภายนอก เช่น ช่วงแสง (photoperiod) อุณหภูมิ และความอุดมสมบูรณ์ของสารอาหาร ฯลฯ serotonergic neurons อาจส่ง สัญญาณไปตามเส้นประสาทจากสมองส่วนหน้าไปที่เซลล์ประสาทในสมองส่วนท้ายและปมประสาท thoracic ganglia ซึ่ง มีสาร 5HT และ GnRH อยู่ในปริมาณสูง สาร GnRH ซึ่งเป็นสารปรับสัญญาณประสาท (neuromodulator) จะถูกปล่อย ออกไปเพื่อกระตุ้นฮอร์โมนระดับสุดท้ายคือ ELH ที่สร้างและสะสมอยู่ในรังไข่ให้ถูกปล่อยออกมาจากแหล่งเก็บในรังไข่ เพื่อกระตุ้นการพัฒนาของรังไข่และเซลล์ไข่ ระดับของการควบคุมดังกล่าวจึงเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดจากการควบคุม ตามลำดับระหว่าง ตา-สมอง-ปมประสาท thoracic-รังไข่ (Eye-brain-thoracic ganglia-ovary axis) แต่ในสภาพแวดล้อม ที่ไม่เหมาะสม dopaminergic neuron ที่อยู่ในก้านตาและสมองส่วนหน้าจะเป็นตัวส่งสัญญาณให้ X-organ sinus gland complex ที่ก้านตาสร้างและหลั่ง gonad inhibiting hormone (GIH) ซึ่งเป็นตัวห้ามการพัฒนาของรังไข่และเซลล์ไข่ GIH อาจจะออกฤทธิ์ที่ thoracic ganglia โดยตรงเพื่อกดการปล่อย GnRH จึงทำให้ไม่มีการหลั่งของ ELH ในรังไข่ออกมา ฮอร์โมน IAGH ของกุ้งและปูมีลักษณะโครงสร้างคล้ายฮอร์โมนอินซูลิน ที่ประกอบด้วยสาย A และ B ที่ต่อกัน ด้วยพันธะ disulfide 2 คู่ ส่วน pre-prohormone ของ IAGH มีการสังเคราะห์เป็นสายเดี่ยวที่มีสาย C อยู่กลางระหว่าง A และ B ซึ่งจะถูกตัดออกไป เมื่อ IAGH ถูกปล่อยออกมาจากเซลล์ของต่อม AG IAGH ของปูมีลักษณะคล้ายคลึงกับ IAGH จากสัตว์กลุ่ม crayfish (Cherax destructor, Cherax quadricarinatus )และมีความเหมือนกันในเชิงปริมาณและ ลำดับของกรดอะมิโนประมาณ 96 % ส่วนฮอร์โมน IAGH จากกุ้งก้ามกรามถึงแม้จะมีโครงสร้างเช่นเดียวกับฮอร์โมน อินซูลิน แต่มีความแตกต่างอย่างมากในส่วนลำดับและองค์ประกอบของกรดอะมิโนจาก IAGH ของปู โดยมีความเหมือน แค่ 23 % การพัฒนาต่อม AG อยู่ภายใต้การควบคุมของก้านตาดังจะเห็นได้จากการทดลองตัดตาของกุ้งและปู ทั้ง 2 ข้าง พบว่า AG มีขนาดเพิ่มขึ้น ประมาณ 3 เท่าของ AG ในกลุ่มควบคุม นอกจากนั้นแล้วเซลล์ ที่สร้างฮอร์โมน IAGH ก็มี จำนวนเพิ่มขึ้นมาก ซึ่งเป็นหลักฐานที่แสดงว่า ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมการพัฒนาของ AG จะไม่เกิดขึ้น ฮอร์โมน IAGH ก็จะไม่เพิ่มระดับ ทำให้การกระตุ้นต่อมอัณฑะและการพัฒนาของเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้อยู่ในระดับต่ำ ที่เป็นเช่นนี้ อาจเป็นเพราะมีฮอร์โมน GIH จาก X-organ-simus gland complex ที่อยู่ในก้านตาหลั่งออกมาห้ามการพัฒนาของ AG และการสร้าง IAGH ดังนั้นเมื่อตัดก้านตาของกุ้งและปู การออกฤทธิ์ยับยั้งของ GIH ก็จะหมดไป ทำให้ AG ขยายใหญ่ ขึ้นแล้วสร้าง IAGH ออกไปกระตุ้นให้ต่อมอัณฑะมีขนาดใหญ่ขึ้น อีกทั้งมีการพัฒนาของเซลล์อสุจิมากขึ้นด้วย นอกจากนั้นแล้วพบว่า การฉีด 5HT และ GnRH ยังทำให้ AG และต่อมอัณฑะมีขนาดใหญ่ขึ้นจากการผลิต IAGH มาก ขึ้น แสดงว่าสารทั้ง 2 ชนิด มีส่วนกระตุ้นการพัฒนาของต่อม AG ซึ่งกระตุ้นต่อมอัณฑะและเพิ่มการผลิตเซลล์อสุจิอีกต่อ หนึ่ง ในขณะที่การฉีด DA ให้ผลตรงกันข้าม องค์ความรู้ดังกล่าวข้างต้นอาจนำมาประยุกต์ใช้กระตุ้นแม่พันธุ์กุ้งและปูที่ถูกเลี้ยงในสภาพกักขังให้มีการ พัฒนาของรังไข่และเซลล์ไข่โดยไม่ต้องตัดตา การตัดตาซึ่งใช้อยู่ปัจจุบันในกุ้งกุลาดำ และกุ้งขาวนั้นเป็นวิธีกำจัดฮอร์โมน GIH แต่ทำให้ใช้แม่กุ้งได้เพียงหนึ่งหรือสองครั้ง ดังนั้นการฉีด GnRH หรือ ELH เพื่อกระตุ้นให้แม่กุ้งพัฒนารังไข่และ เซลล์ไข่ น่าจะเป็นทางออกที่นำไปปฏิบัติได้โดยไม่ต้องตัดตาแม่พันธุ์และทำให้ใช้แม่พันธุ์ได้นานขึ้น ในทำนองเดียวกัน การฉีด GnRH ก็อาจทำให้พ่อพันธุ์พัฒนาต่อมอัณฑะและผลิตเซลล์อสุจิได้มากขึ้น จากการวิจัยในส่วนต่อม AG พบว่า IAGH มีการแสดงออกตั้งแต่สัปดาห์ที่ 1 ของ postlarva ซึ่งแสดงว่า IAGH อาจเป็นฮอร์โมนที่กำหนดเพศผู้ตั้งแต่ตอนที่ตัวอ่อนยังอยู่ในขั้นต้นของการพัฒนา ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะใช้ IAGH 3 เป็น marker คัดเลือกเพศผู้ ซึ่งปรากฏว่าลูกกุ้งระยะ postlarva ที่คว่ำตัวในวันที่ 1 และ 2 ของช่วง postlarvae มีสัดส่วน ของตัวผู้สูงมาก นอกจากนั้นแล้วอาจนำ IAGH มาทดลองเปลี่ยนเพศของลูกกุ้งและปูให้ส่วนใหญ่กลายเป็นเพศผู้ได้โดย ให้ IAGH ในช่วงอายุดังกล่าว นอกจากนั้นแล้ว การห้ามการแสดงออกของ IAGH ยีนโดยตัวห้ามบางอย่าง เช่น RNAi หรือ แอนติบอดีก็ควรฉีดให้กับตัวอ่อนเพศผู้ในระยะ postlarva เพื่อทำให้ได้ตัวเมียเทียม (neofemale) ที่สามารถนำไป ผสมกับตัวผู้เพื่อให้ได้ลูกตัวผู้ทั้งหมด Prawns and marine crabs are important economic aquatic animals of Thailand.Because of high demands from both export and local consumption attempts have been made to culture these animals. However, stress in captivity prevent the broodstocks from breeding properly, resulting in very low production of gametes and larvae. The aims of these research are to help rectify these short comings, and composed of two folds: first to investigate the structures of the central nervous system (CNS), the reproductive organs and to identify key hormones, pheromones and factors that control the reproductive process, in order to understand the key reproductive processes; and second to determine actions of these factors so that possible applications in aquaculture may be acquired. The CNS is composed of eyestalk, brain, thoracic and abdominal ganglia linked by ventral nerve cord. The eyestalks contain X-organ Sinus gland complexes (XSO) that produces hormones inhibiting gonadal development and molting.The brain and thoracic ganglia are the seats where gonadal stimulating factors (GSFs) are produced.The GSFs are composed of serotonin (5HT), members of gonadotropin-stimulating hormone family (GnRHs, RPCH, AKHs), and gonadotropins including egg laying hormone (ELH) in females, and insulin-liked androgenic gland hormone (IAGH) in males. In females, administration of 5HT, GnRHs, ELH could stimulate ovarian maturation and egg production in order of increasing effectiveness, while the administration of dopamine (DA) had an opposite effect. Thus, it was hypothesized that there is a heirachical control of ovarian maturation with 5HT and its associate neurons being the first order that perceive appropriate environmental conditions,such as photoperiod,temperature, food availability, etc. 5HT may exercises control over GnRH , a neuromodulator produced mainly by CNS, which inturn controls ELH produced locally in ovary. This endocrine axis may control ovarian maturation through 5 phases as well as oocytes differentiation through 5 stages to form mature eggs. Under unfavorable environmental conditions DA may inhibits the activity of this axis, and also promotes the production and secretion of gonad-inhibiting hormone (GIH) from the XOS which suppresses the ovarian maturation. In males, the reproductive organs comprise of testes that produce sperm, spermatic ducts that produce substances promoting sperm maturation such as male-related reproduction factor (Mrr), and ejaculatory bulb for sperm storage and spermiation. Androgenic glands are male-specific endocrine glands that produce insulin-liked androgenic gland hormone (IAGH) which controls testicular maturation, sperm production and male sex differentiation. IAGH has two chains linked by two disulfide bonds. IAGHs of blue and mud crabs share 96% similarity with IAGHs of crayfish (C.destructor and C.quadricarinatus), while that of fresh water prawn shares only 23% similarity. Eyestalk ablation as well as administrations of 5HT or GnRHs stimulated hypertrophy of the AG and increased production of IAGH, which inturn stimulated testicular maturation and 4 sperm production; while DA showed the opposite effect. These data suggest that testicular maturation, sperm production and expression of male sex characteristic are also under the heirachical control of 5HT-GnRH-IAGH axis in parallel with the control of ovarian maturation; while DA might suppress the activity of this axis as well as promoting the production and release of GIH which directly suppressed testicular maturation. The knowledge obtained above may be applied in aquaculture.For example, the treatments with GnRH or ELH may obviate the need to perform eyestalk ablation in female broodstocks in captivity, especially in marine prawns including P.monodon and L.vannamei. The primings with these hormones may also help to promote the fecundity and egg production in underperformed broodstocks of fresh water prawn and crabs in captivity. By the same token, fecundity, testicular maturation and sperm production could be increased in male broodstock by treatment with GnRH and IAGH. The latter could also be used as a biomarker for postlarval males because it is expressed early during the first week. Using IAGH marker it was noticed that postlarvae of the giant fresh water prawn that supine during the first two days are predominantly males. This simple technique could be used for male sex selection for monoculture. At a more sophisticated level IAGH or extract of hypertrophic AG may be used for induction of males if given early in postlarval stage. Alternatively, the IAGH gene or gene product may be suppressed by treatment with siRNA or antibody that should be given to male postlarvae or juveniles to induce pseudofemales that can be mated with males to produce all male offsprings. Such manipulative technologies should be investigated further and if proven to be practicable should be optimized in future studies, so that the full benefits of the basic knowledge can be utilized.

บรรณานุกรม :
ประเสริฐ โศภน . (2557). การศึกษาคุณลักษณะและความสัมพันธ์ของฮอร์โมนที่ควบคุมการหลั่งกับฮอร์โมนที่กระตุ้นต่อมสืบพันธุ์และฟีโรโมนเพศสัมพันธ์ของกุ้งและปู กับการประยุกต์ใช้ในระบบเพาะเลี้ยง.
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
ประเสริฐ โศภน . 2557. "การศึกษาคุณลักษณะและความสัมพันธ์ของฮอร์โมนที่ควบคุมการหลั่งกับฮอร์โมนที่กระตุ้นต่อมสืบพันธุ์และฟีโรโมนเพศสัมพันธ์ของกุ้งและปู กับการประยุกต์ใช้ในระบบเพาะเลี้ยง".
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
ประเสริฐ โศภน . "การศึกษาคุณลักษณะและความสัมพันธ์ของฮอร์โมนที่ควบคุมการหลั่งกับฮอร์โมนที่กระตุ้นต่อมสืบพันธุ์และฟีโรโมนเพศสัมพันธ์ของกุ้งและปู กับการประยุกต์ใช้ในระบบเพาะเลี้ยง."
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย, 2557. Print.
ประเสริฐ โศภน . การศึกษาคุณลักษณะและความสัมพันธ์ของฮอร์โมนที่ควบคุมการหลั่งกับฮอร์โมนที่กระตุ้นต่อมสืบพันธุ์และฟีโรโมนเพศสัมพันธ์ของกุ้งและปู กับการประยุกต์ใช้ในระบบเพาะเลี้ยง. กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย; 2557.