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Evaluation of the effect of season and raft location on the immune status and byssus production of mussels cultivated in Galicia (Rías Baixas)
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Climate change presents a serious threat to marine ecosystems, impacting both wild and cultivated species. One of the most important cultivated species in Europe is the Mediterranean mussel, Mytilus galloprovincialis, which is primarily produced along the nutrient-rich Galician coastline in northwest Spain. This mussel species is crucial for the local economy and provides many jobs in the region. Due to their filter-feeding lifestyle, mussels constantly face environmental stress and depend on their innate immune system, primarily mediated by hemocytes, to survive. In this study, we investigated how ocean waves and seasonal changes affect the immune system of cultivated mussels and how these factors influence byssus production, the structure that helps mussels attach to surfaces. To evaluate the immune response, we measured oxidative activity-free radicals such as reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO). Besides, the gene expression of glutathione S-transferase (GST), lysozyme (LYS), and heat shock protein 70 (HSP70) was assessed. Our results showed that immune responses varied significantly with the seasons, peaking in the summer, likely due to higher temperatures and consequently the potential proliferation of pathogenic organisms, and increased metabolic demands. We also examined byssus production through the expression of the mussel foot protein Mgfp3 gene. Our findings indicated that the expression of the Mgfp3 varied seasonally, being probably affected by factors such as hydrodynamic forces and temperature, peaking in spring. Overall, this study highlights the complex relationship between climate factors and mussel performance. It emphasizes the importance of implementing sustainable aquaculture practices that consider seasonal variations and climate impacts. Understanding these dynamics is crucial for adapting mussel farming strategies to the challenges posed by climate change, ensuring the resilience of this vital species.
As alterações climáticas estão a ter um impacto crescente nos ecossistemas marinhos, afetando tanto as espécies selvagens como as cultivadas. Uma espécie particularmente importante para a aquicultura na Europa é o mexilhão do Mediterrâneo (Mytilus galloprovincialis), com a maior parte da sua produção concentrada ao longo da costa galega, no noroeste de Espanha. A criação de mexilhões nesta região é essencial para a economia local, proporcionando emprego e contribuindo para a subsistência da comunidade. No entanto, os mexilhões são filtradores e estão constantemente expostos a stresses ambientais que podem influenciar o seu sistema imunitário e a sua capacidade de produzir byssus, os fios fibrosos que os ajudam a fixar-se às superfícies. Neste estudo, pretendemos compreender de que forma as alterações sazonais e a ação das ondas do mar afetam a resposta imunitária dos mexilhões e a sua produção de byssus. O sistema imunitário dos mexilhões é simples mas crucial para a sua sobrevivência, dependendo dos hemócitos, um tipo de célula imunitária, que ajuda o mexilhão a combater os agentes patogénicos. Os hemócitos também produzem espécies reativas de oxigénio (ROS) e óxido nítrico (NO), moléculas que desempenham um papel na defesa dos mexilhões contra infeções e stress ambiental. Para avaliar a resposta imunitária, medimos a produção de ROS e NO nos mexilhões em diferentes condições. Examinámos também a expressão de genes relacionados com a função imunitária e as respostas ao stress: glutationa S-transferase (GST), lisozima (LYS) e proteína 70 de choque térmico (HSP70). Além disso, investigámos a expressão do gene Mgfp3, que está envolvido na produção de byssus, para ver como a capacidade dos mexilhões de se fixarem às superfícies era afetada pelas estações do ano e pela ação das ondas. O estudo foi realizado em quatro locais diferentes de cultivo de mexilhões na Ría de Arousa, na Galiza, onde as jangadas que contêm os mexilhões foram expostas a diferentes níveis de ação das ondas do mar. Os mexilhões foram amostrados sazonalmente - durante a primavera, o verão, o outono e o inverno - para que pudéssemos acompanhar a evolução do seu sistema imunitário e da produção de byssus ao longo do ano. A análise estatística foi utilizada para determinar se fatores como a localização da jangada, a profundidade da água e a estação do ano tinham impacto na saúde e na força de fixação dos mexilhões. Os nossos resultados mostraram que a resposta imunitária dos mexilhões foi fortemente afetada pela estação do ano. No verão, quando as temperaturas da água eram mais elevadas, os mexilhões produziam mais ROS e NO, que são indicadores de um sistema imunitário ativo. Isto deve-se provavelmente ao facto de as temperaturas mais quentes aumentarem as taxas metabólicas dos mexilhões e os tornarem mais suscetíveis a agentes patogénicos, exigindo uma resposta imunitária mais forte. Também descobrimos que os genes envolvidos na função imunitária - GST, LYS e HSP70 - estavam mais ativos durante os meses mais quentes. Por exemplo, o GST, que ajuda a gerir o stress oxidativo, estava mais ativo na primavera. Isto pode dever-se à fase de recuperação após a desova, quando os mexilhões precisam de reparar as células e os tecidos. Na primavera, as águas das Rias Galegas também tendem a ter mais algas, proporcionando uma fonte de alimento rica para os mexilhões, mas também aumentando o stress oxidativo a que estão sujeitos. O gene da lisozima (LYS), que é fundamental para quebrar as paredes celulares bacterianas, estava mais ativo no verão, provavelmente porque as águas mais quentes promovem o crescimento bacteriano. Os mexilhões precisam de reforçar as suas defesas antibacterianas para fazer face ao aumento da presença de agentes patogénicos. A proteína de choque térmico 70 (HSP70), que ajuda a proteger as células de danos relacionados com o calor, também mostrou a sua maior expressão nos meses de primavera e verão. Este facto pode dever-se à necessidade de proteção adicional dos mexilhões contra as temperaturas mais elevadas durante estes períodos. Para além de estudar o sistema imunitário, também analisámos a forma como a produção de byssus variava com as estações do ano. O byssus é vital para os mexilhões, pois permite-lhes fixarem-se às superfícies e resistir às forças das ondas do mar. Verificámos que a produção de byssus, tal como indicado pela expressão do gene Mgfp3, era mais elevada na primavera. Isto pode dever-se ao facto de as condições na primavera - temperaturas moderadas e menor stress ambiental - serem mais favoráveis à produção de byssus. Por outro lado, a produção de byssus foi mais baixa no verão. Durante este período, os mexilhões parecem dar prioridade à gestão do stress térmico e de outros desafios em detrimento da produção de fios de byssus fortes. Além disso, as condições hidrodinâmicas mais calmas no verão podem significar que os mexilhões não precisam de produzir tantos fios de byssal para se manterem agarrados às superfícies. É interessante notar que, embora a localização das jangadas e a profundidade a que os mexilhões foram cultivados não pareçam afetar significativamente a sua resposta imunitária ou a produção de byssus, os efeitos sazonais foram muito claros em todos os locais. Isto sugere que as alterações sazonais, particularmente as variações de temperatura e a carga patogénica, são os principais fatores que influenciam o sistema imunitário e a força de fixação dos mexilhões. O facto de a localização e a profundidade da jangada não terem desempenhado um papel importante pode indicar que os mexilhões são geralmente capazes de se adaptar a diferentes condições ambientais, desde que essas condições sejam adequadas. Globalmente, este estudo realça a forte influência que as alterações sazonais têm nas respostas imunitárias e na produção de bisso do Mytilus galloprovincialis. Estes resultados são importantes para a cultura de mexilhões, especialmente porque as alterações climáticas continuam a afetar os ambientes marinhos. O aumento das temperaturas, tempestades mais frequentes e outras alterações relacionadas com o clima são suscetíveis de colocar desafios à mitilicultura no futuro. Compreender a forma como os mexilhões respondem às pressões ambientais ao longo do ano pode ajudar os agricultores a adaptarem as suas práticas para melhor apoiarem a saúde dos mexilhões e manterem uma forte fixação do byssus, que é fundamental para evitar que os mexilhões sejam deslocados pelas ondas. Em conclusão, os resultados deste estudo sugerem que o ajustamento das práticas agrícolas para ter em conta as variações sazonais nas respostas imunitárias dos mexilhões e na força de fixação será crucial para o futuro da aquicultura de mexilhões. A investigação deve continuar a explorar os mecanismos moleculares subjacentes que conduzem a estas alterações sazonais, bem como a forma como outros fatores ambientais, como a disponibilidade de alimentos e a acidificação dos oceanos, podem influenciar a saúde dos mexilhões. Ao obter uma compreensão mais profunda destes processos, podemos trabalhar no sentido de desenvolver práticas de cultura de mexilhões mais sustentáveis e resistentes que ajudarão a mitigar os impactos das alterações climáticas.
As alterações climáticas estão a ter um impacto crescente nos ecossistemas marinhos, afetando tanto as espécies selvagens como as cultivadas. Uma espécie particularmente importante para a aquicultura na Europa é o mexilhão do Mediterrâneo (Mytilus galloprovincialis), com a maior parte da sua produção concentrada ao longo da costa galega, no noroeste de Espanha. A criação de mexilhões nesta região é essencial para a economia local, proporcionando emprego e contribuindo para a subsistência da comunidade. No entanto, os mexilhões são filtradores e estão constantemente expostos a stresses ambientais que podem influenciar o seu sistema imunitário e a sua capacidade de produzir byssus, os fios fibrosos que os ajudam a fixar-se às superfícies. Neste estudo, pretendemos compreender de que forma as alterações sazonais e a ação das ondas do mar afetam a resposta imunitária dos mexilhões e a sua produção de byssus. O sistema imunitário dos mexilhões é simples mas crucial para a sua sobrevivência, dependendo dos hemócitos, um tipo de célula imunitária, que ajuda o mexilhão a combater os agentes patogénicos. Os hemócitos também produzem espécies reativas de oxigénio (ROS) e óxido nítrico (NO), moléculas que desempenham um papel na defesa dos mexilhões contra infeções e stress ambiental. Para avaliar a resposta imunitária, medimos a produção de ROS e NO nos mexilhões em diferentes condições. Examinámos também a expressão de genes relacionados com a função imunitária e as respostas ao stress: glutationa S-transferase (GST), lisozima (LYS) e proteína 70 de choque térmico (HSP70). Além disso, investigámos a expressão do gene Mgfp3, que está envolvido na produção de byssus, para ver como a capacidade dos mexilhões de se fixarem às superfícies era afetada pelas estações do ano e pela ação das ondas. O estudo foi realizado em quatro locais diferentes de cultivo de mexilhões na Ría de Arousa, na Galiza, onde as jangadas que contêm os mexilhões foram expostas a diferentes níveis de ação das ondas do mar. Os mexilhões foram amostrados sazonalmente - durante a primavera, o verão, o outono e o inverno - para que pudéssemos acompanhar a evolução do seu sistema imunitário e da produção de byssus ao longo do ano. A análise estatística foi utilizada para determinar se fatores como a localização da jangada, a profundidade da água e a estação do ano tinham impacto na saúde e na força de fixação dos mexilhões. Os nossos resultados mostraram que a resposta imunitária dos mexilhões foi fortemente afetada pela estação do ano. No verão, quando as temperaturas da água eram mais elevadas, os mexilhões produziam mais ROS e NO, que são indicadores de um sistema imunitário ativo. Isto deve-se provavelmente ao facto de as temperaturas mais quentes aumentarem as taxas metabólicas dos mexilhões e os tornarem mais suscetíveis a agentes patogénicos, exigindo uma resposta imunitária mais forte. Também descobrimos que os genes envolvidos na função imunitária - GST, LYS e HSP70 - estavam mais ativos durante os meses mais quentes. Por exemplo, o GST, que ajuda a gerir o stress oxidativo, estava mais ativo na primavera. Isto pode dever-se à fase de recuperação após a desova, quando os mexilhões precisam de reparar as células e os tecidos. Na primavera, as águas das Rias Galegas também tendem a ter mais algas, proporcionando uma fonte de alimento rica para os mexilhões, mas também aumentando o stress oxidativo a que estão sujeitos. O gene da lisozima (LYS), que é fundamental para quebrar as paredes celulares bacterianas, estava mais ativo no verão, provavelmente porque as águas mais quentes promovem o crescimento bacteriano. Os mexilhões precisam de reforçar as suas defesas antibacterianas para fazer face ao aumento da presença de agentes patogénicos. A proteína de choque térmico 70 (HSP70), que ajuda a proteger as células de danos relacionados com o calor, também mostrou a sua maior expressão nos meses de primavera e verão. Este facto pode dever-se à necessidade de proteção adicional dos mexilhões contra as temperaturas mais elevadas durante estes períodos. Para além de estudar o sistema imunitário, também analisámos a forma como a produção de byssus variava com as estações do ano. O byssus é vital para os mexilhões, pois permite-lhes fixarem-se às superfícies e resistir às forças das ondas do mar. Verificámos que a produção de byssus, tal como indicado pela expressão do gene Mgfp3, era mais elevada na primavera. Isto pode dever-se ao facto de as condições na primavera - temperaturas moderadas e menor stress ambiental - serem mais favoráveis à produção de byssus. Por outro lado, a produção de byssus foi mais baixa no verão. Durante este período, os mexilhões parecem dar prioridade à gestão do stress térmico e de outros desafios em detrimento da produção de fios de byssus fortes. Além disso, as condições hidrodinâmicas mais calmas no verão podem significar que os mexilhões não precisam de produzir tantos fios de byssal para se manterem agarrados às superfícies. É interessante notar que, embora a localização das jangadas e a profundidade a que os mexilhões foram cultivados não pareçam afetar significativamente a sua resposta imunitária ou a produção de byssus, os efeitos sazonais foram muito claros em todos os locais. Isto sugere que as alterações sazonais, particularmente as variações de temperatura e a carga patogénica, são os principais fatores que influenciam o sistema imunitário e a força de fixação dos mexilhões. O facto de a localização e a profundidade da jangada não terem desempenhado um papel importante pode indicar que os mexilhões são geralmente capazes de se adaptar a diferentes condições ambientais, desde que essas condições sejam adequadas. Globalmente, este estudo realça a forte influência que as alterações sazonais têm nas respostas imunitárias e na produção de bisso do Mytilus galloprovincialis. Estes resultados são importantes para a cultura de mexilhões, especialmente porque as alterações climáticas continuam a afetar os ambientes marinhos. O aumento das temperaturas, tempestades mais frequentes e outras alterações relacionadas com o clima são suscetíveis de colocar desafios à mitilicultura no futuro. Compreender a forma como os mexilhões respondem às pressões ambientais ao longo do ano pode ajudar os agricultores a adaptarem as suas práticas para melhor apoiarem a saúde dos mexilhões e manterem uma forte fixação do byssus, que é fundamental para evitar que os mexilhões sejam deslocados pelas ondas. Em conclusão, os resultados deste estudo sugerem que o ajustamento das práticas agrícolas para ter em conta as variações sazonais nas respostas imunitárias dos mexilhões e na força de fixação será crucial para o futuro da aquicultura de mexilhões. A investigação deve continuar a explorar os mecanismos moleculares subjacentes que conduzem a estas alterações sazonais, bem como a forma como outros fatores ambientais, como a disponibilidade de alimentos e a acidificação dos oceanos, podem influenciar a saúde dos mexilhões. Ao obter uma compreensão mais profunda destes processos, podemos trabalhar no sentido de desenvolver práticas de cultura de mexilhões mais sustentáveis e resistentes que ajudarão a mitigar os impactos das alterações climáticas.
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Keywords
Aquaculture Mytilus galloprovincialis Climate change Immune system Byssus production Ocean waves Seasonality