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Publication
Regulatory mechanisms of the bivalve mantle and their association with shell biomineralization
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The significance of bivalves lies both in their economic importance to the aquaculture
and food industry and their ecological roles in marine environments. Biomineralized
shells are a hallmark of bivalves, enclosing their soft bodies and being crucial for their
survival. Although various neuropeptide precursors have been described, their role in
biomineralization has not been emphasized. The primary objective of this paper is to
explore the role of neuropeptides in the nervous system and mantle, and to investigate
how the nervous system regulates mantle function. It aims to study how the nervous
system regulates the biomineralization process and elucidate the complex mechanisms
controlling mantle physiology and shell formation. The experimental methods used in
this study include omics analysis. Additionally, the symmetrical marine bivalve,
Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis), was selected as the experimental
subject, and verification experiments were conducted at the immunohistochemical,
molecular, and functional levels. The results of this study suggest that: 1)
Neuropeptide gene expression at the mantle edge and in the cerebropleural ganglia
(CPG) regulates shell regrowth. 2) Severing the CPG commissure inhibits shell
regrowth and alters neuropeptide gene expression as well as the spatial organization
of nerve fibers in the ganglia and mantle. 3) In the symmetrical bivalve M.
galloprovincialis, gene expression in the left and right sides of the mantle is not
completely symmetrical. 4) The CPG regulates the expression of genes related to
biomineralization, with lncRNAs appearing to play an important role in the
biomineralization process. This paper provides strong evidence that neuropeptides and the nervous system influence mantle function and shell growth in bivalves. These
findings contribute to our understanding of the role of the neuroendocrine system and
neuropeptides in the mantle biomineralization toolbox of bivalves.
Os bivalves são um dos principais grupos de organismos invertebrados compreendendo aproximadamente 23% das espécies identificadas no ambiente marinho. A sua importância reside não só no seu papel económico para a aquicultura e para a indústria alimentar como também no seu papel ecológico como filtradores de água ambiental e no ciclo de nutrientes. Os bivalves fazem parte da classe Mollusca e todas as espécies identificadas nesta classe possuem uma concha biomineralizada que é uma das principais características da sua fisionomia. A concha nos bivalves funciona como o seu exoesqueleto. Esta é formada por duas valvas que isolam o corpo mole do meio exterior e desempenha um papel extremamente importante na sua sobrevivência, pois fornece proteção contra predadores e agressões ambientais, além de reduzir a perda de água e funcionar como um importante armazém de mineral. A concha dos bivalves é principalmente constituída por cristais biomineralizados de carbonato de cálcio (CaCO3, constituindo cerca de 95% da concha) que se encontram complexados com uma matriz proteica que confere a estrutura característica à concha. O manto dos bivalves é o tecido que envolve e protege o seu corpo mole e está em contato direto com a parte interna da concha. Este é o principal órgão formador de conchas, e o crescimento da concha dependendo da atividade secretora da margem do manto. Para além do manto também já foi sugerido que os hemócitos (células circulantes) presentes no fluido circulante possuem também um papel importante na formação da estrutura biomineralizada da concha. Os mecanismos pelos quais os bivalves e outros moluscos com estruturas biomineralizadas produzem as suas conchas biomineralizadas têm sido alvo de vários estudos e um conjunto de proteínas envolvidas na formação da concha já foram descritas (biomineralization toolbox), fornecendo recursos moleculares importantes para a compreensão dos mecanismos de produção de conchas. No entanto, ainda permanece por esclarecer como este mecanismo tão importante é regulado e quais são os fatores que contribuem para formação e crescimento da concha. Os neuropéptidos são um grupo de moléculas mensageiras que estão envolvidas na regulação de vários processos fisiológicos em animais, incluindo em moluscos. Recentemente em moluscos gastrópodes foi sugerido que poderia existir um potencial envolvimento do neuropéptidos e do sistema neuroendócrino na regulação do crescimento da concha. No entanto o seu papel na regulação da biomineralização ainda não foi estudado. Em bivalves genomas e transcritomas existem para várias espécies e vários precursores para neuropéptidos já foram identificados com base em ferramentas bioinformáticas e genómica comparativa, mas, no entanto, a sua função para a maioria das moléculas permanece ainda por descobrir. O manto em bivalves é um tecido que é inervado pelos gânglios nervosos descentralizados que se encontram em pares e existem ao longo do corpo do bivalve e análise do transcritoma do manto revela que existe uma variedade enorme de transcritos para neuropéptidos e para recetores de neuropéptidos a serem expressos o que sugere que este sistema (péptidos e seus recetores) possuem um potencial envolvimento na regulação da sua função e fisiologia do manto incluindo na formação e biomineralização da concha. O objetivo principal desta tese consiste em determinar qual o papel dos neuropéptidos no sistema nervoso e no manto, e investigar como o sistema nervoso regula a função do manto usando como modelo o bivalve marinho comercial e economicamente importante, o mexilhão Mediterrâneo (Mytillus galloprovincialis) que é um bivalve simétrico onde as duas valvas da concha são idênticas. Esta tese foca-se em três objetivos principais: 1) Identificação dos precursores de neuropéptidos expressos no manto do mexilhão e desenvolver experiências de dano e reparação da concha biomineralizada e a resposta dos gânglios nervosos para caracterizar a expressão dos neuropéptidos do manto e identificar candidatos durante o processo de regeneração. 2) Determinar qual o papel sobre a regulação da biomineralização da concha no mexilhão pelo sistema nervoso - através da análise do transcritoma do manto, identificar transcritos envolvidos no crescimento da concha e caracterizar as suas potenciais funções reguladas pelo sistema nervoso. 3) Caracterizar a evolução do sistema dos neuropéptidos da família das Alatostatinas (ASTs), grupo característicos dos invertebrados e bastante estudado em insetos, e caracterizar a sua potencial função no manto dos bivalves através da análise comparativa e evolutiva entre diferentes membros desta família e caracterização da sua função. Os métodos experimentais utilizados neste estudo incluem a realização e desenvolvimento de várias experiências, análises da ômica (transcritoma e genoma) com base em informação disponível em bases de dados ou através de NGS de amostras de manto e do gânglio, bem como estudos bioquímicos e moleculares e de expressão para caracterizar a função dos genes candidatos. Os resultados obtidos neste estudo sugerem que: 1) A expressão dos genes para os neuropéptidos na margem do manto e nos gânglios cerebropleurais (CPG) regulam o crescimento da concha. 2) A rutura através do corte da comissura nervosa que liga os dois gânglios CPG inibe a regeneração do crescimento da concha após dano e isto altera a expressão dos genes para os neuropéptidos, bem como a organização e distribuição espacial das fibras nervosas quer nos gânglios como no manto. 3) No mexilhão, que é um bivalve com concha simétrica, a expressão dos genes no manto do lado esquerdo e direito de cada valva não é completamente simétrica. 4) O gânglio CPG regula a expressão de genes relacionados com a biomineralização e os transcritos não codificantes lncRNAs parecem que desempenham um papel importante no processo de biomineralização. Os resultados obtidos nesta tese providenciam fortes evidências de que os neuropéptidos e o sistema nervoso estão envolvidos na regulação da função do manto e consequentemente o crescimento da concha biomineralizada nos bivalves. Estas descobertas contribuem para uma melhor compreensão sobre o papel do sistema neuroendócrino e dos neuropéptidos como importantes fatores reguladores do biomineralization toolbox kit no manto em bivalves.
Os bivalves são um dos principais grupos de organismos invertebrados compreendendo aproximadamente 23% das espécies identificadas no ambiente marinho. A sua importância reside não só no seu papel económico para a aquicultura e para a indústria alimentar como também no seu papel ecológico como filtradores de água ambiental e no ciclo de nutrientes. Os bivalves fazem parte da classe Mollusca e todas as espécies identificadas nesta classe possuem uma concha biomineralizada que é uma das principais características da sua fisionomia. A concha nos bivalves funciona como o seu exoesqueleto. Esta é formada por duas valvas que isolam o corpo mole do meio exterior e desempenha um papel extremamente importante na sua sobrevivência, pois fornece proteção contra predadores e agressões ambientais, além de reduzir a perda de água e funcionar como um importante armazém de mineral. A concha dos bivalves é principalmente constituída por cristais biomineralizados de carbonato de cálcio (CaCO3, constituindo cerca de 95% da concha) que se encontram complexados com uma matriz proteica que confere a estrutura característica à concha. O manto dos bivalves é o tecido que envolve e protege o seu corpo mole e está em contato direto com a parte interna da concha. Este é o principal órgão formador de conchas, e o crescimento da concha dependendo da atividade secretora da margem do manto. Para além do manto também já foi sugerido que os hemócitos (células circulantes) presentes no fluido circulante possuem também um papel importante na formação da estrutura biomineralizada da concha. Os mecanismos pelos quais os bivalves e outros moluscos com estruturas biomineralizadas produzem as suas conchas biomineralizadas têm sido alvo de vários estudos e um conjunto de proteínas envolvidas na formação da concha já foram descritas (biomineralization toolbox), fornecendo recursos moleculares importantes para a compreensão dos mecanismos de produção de conchas. No entanto, ainda permanece por esclarecer como este mecanismo tão importante é regulado e quais são os fatores que contribuem para formação e crescimento da concha. Os neuropéptidos são um grupo de moléculas mensageiras que estão envolvidas na regulação de vários processos fisiológicos em animais, incluindo em moluscos. Recentemente em moluscos gastrópodes foi sugerido que poderia existir um potencial envolvimento do neuropéptidos e do sistema neuroendócrino na regulação do crescimento da concha. No entanto o seu papel na regulação da biomineralização ainda não foi estudado. Em bivalves genomas e transcritomas existem para várias espécies e vários precursores para neuropéptidos já foram identificados com base em ferramentas bioinformáticas e genómica comparativa, mas, no entanto, a sua função para a maioria das moléculas permanece ainda por descobrir. O manto em bivalves é um tecido que é inervado pelos gânglios nervosos descentralizados que se encontram em pares e existem ao longo do corpo do bivalve e análise do transcritoma do manto revela que existe uma variedade enorme de transcritos para neuropéptidos e para recetores de neuropéptidos a serem expressos o que sugere que este sistema (péptidos e seus recetores) possuem um potencial envolvimento na regulação da sua função e fisiologia do manto incluindo na formação e biomineralização da concha. O objetivo principal desta tese consiste em determinar qual o papel dos neuropéptidos no sistema nervoso e no manto, e investigar como o sistema nervoso regula a função do manto usando como modelo o bivalve marinho comercial e economicamente importante, o mexilhão Mediterrâneo (Mytillus galloprovincialis) que é um bivalve simétrico onde as duas valvas da concha são idênticas. Esta tese foca-se em três objetivos principais: 1) Identificação dos precursores de neuropéptidos expressos no manto do mexilhão e desenvolver experiências de dano e reparação da concha biomineralizada e a resposta dos gânglios nervosos para caracterizar a expressão dos neuropéptidos do manto e identificar candidatos durante o processo de regeneração. 2) Determinar qual o papel sobre a regulação da biomineralização da concha no mexilhão pelo sistema nervoso - através da análise do transcritoma do manto, identificar transcritos envolvidos no crescimento da concha e caracterizar as suas potenciais funções reguladas pelo sistema nervoso. 3) Caracterizar a evolução do sistema dos neuropéptidos da família das Alatostatinas (ASTs), grupo característicos dos invertebrados e bastante estudado em insetos, e caracterizar a sua potencial função no manto dos bivalves através da análise comparativa e evolutiva entre diferentes membros desta família e caracterização da sua função. Os métodos experimentais utilizados neste estudo incluem a realização e desenvolvimento de várias experiências, análises da ômica (transcritoma e genoma) com base em informação disponível em bases de dados ou através de NGS de amostras de manto e do gânglio, bem como estudos bioquímicos e moleculares e de expressão para caracterizar a função dos genes candidatos. Os resultados obtidos neste estudo sugerem que: 1) A expressão dos genes para os neuropéptidos na margem do manto e nos gânglios cerebropleurais (CPG) regulam o crescimento da concha. 2) A rutura através do corte da comissura nervosa que liga os dois gânglios CPG inibe a regeneração do crescimento da concha após dano e isto altera a expressão dos genes para os neuropéptidos, bem como a organização e distribuição espacial das fibras nervosas quer nos gânglios como no manto. 3) No mexilhão, que é um bivalve com concha simétrica, a expressão dos genes no manto do lado esquerdo e direito de cada valva não é completamente simétrica. 4) O gânglio CPG regula a expressão de genes relacionados com a biomineralização e os transcritos não codificantes lncRNAs parecem que desempenham um papel importante no processo de biomineralização. Os resultados obtidos nesta tese providenciam fortes evidências de que os neuropéptidos e o sistema nervoso estão envolvidos na regulação da função do manto e consequentemente o crescimento da concha biomineralizada nos bivalves. Estas descobertas contribuem para uma melhor compreensão sobre o papel do sistema neuroendócrino e dos neuropéptidos como importantes fatores reguladores do biomineralization toolbox kit no manto em bivalves.
Description
Keywords
Bivalve Gânglios cerebropleurais Manto Neuropeptidos Regeneração da concha