Power, DeborahGuerreiro, Liliana I.T. dos AnjosLi, Lisen2023-10-122023-10-122023-06-30http://hdl.handle.net/10400.1/20046Gilthead sea bream (Sparus aurata) and European sea bass (Dicentrarchus labrax) are teleosts belonging to Eupercaria and are the most important aquaculture fish species in the Mediterranean region. These two species are ranked second after the Atlantic salmon (Salmo salar) in production volume and value in the European Union (EU) aquaculture sector. Unpredictable fertilized egg/embryo quality and performance remain a bottleneck that threatens sustainability of sea bream and sea bass aquaculture, impeding the increased productivity of aquaculture that entirely depends on hatchery production. To address this issue, criteria and molecular markers linked to embryo quality that could be used to monitor and manage hatchery production were procured. Comparative molecular approaches using molecular biology, proteomics and transcriptomics were performed to analyze embryo performance and immunity in samples from several European commercial hatcheries. The core achievements were the: a) identification and characterization of lysozyme and complement 5 (C5) gene families and embryo and larval gene expression and enzyme activity from a diversity of hatcheries, b) characterization of the embryo proteome from three Mediterranean fish species [white sea bream (Diplodus sargus), meagre (Argyrosomus regius) and sea bream] 24h before hatch and at hatch and identification of common and species specific molecular patterns linked to biological function and putative quality-related proteins, c) comparative transcriptomics of good and poor quality sea bream embryos from several Mediterranean hatcheries. Qualitylinked transcripts and some elements of the regulatory epitranscriptome (non-coding RNA) were identified as well as the contribution of maternal proteins to embryos. Taken together, the results provide a comprehensive description of the molecular basis of sea bream and sea bass embryo development and reveal that immune-related molecules in fertilized eggs are low abundance. The development (quality)-related candidate markers identified will be of value for management of fish embryos in aquaculture hatcheries.O mar Mediterrâneo cobre apenas 0,7% da área oceânica mundial, mas é um dos principais reservatórios de biodiversidade marinha e costeira com cerca de 28% de espécies endémicas. A dourada (Sparus aurata) e o robalo (Dicentrarchus labrax), são duas espécies de peixe que pertencem à série Eupercaria e das mais comercializadas pela indústria de aquicultura nesta região. No sector da aquicultura da União Europeia (EU), estas duas espécies ocupam o segundo lugar no “ranking” da cadeia de valor, depois do salmão do Atlântico. Contudo, as suas características morfológicas e de crescimento são os parâmetros de qualidade relevantes considerados pela indústria. Esta abordagem deve-se à sua comercialização em formato de peixe inteiro, o que reduz o valor de mercado na cadeia de valor e também à ausência de critérios de qualidade para seleção de ovos e embriões, bem como, de marcadores moleculares de qualidade com maior grau de sensibilidade. Todos estes obstáculos, limitam substancialmente o desenvolvimento das indústrias associadas á comercialização destas duas espécies de peixe, impedindo a expansão da aquicultura e das “hatcheries” (maternidades incubadoras de ovos/embriões controlados artificialmente para fins comerciais). Para mitigar este problema, utilizou-se técnicas de biologia molecular e tecnologias ómicas e estabeleceu-se uma abordagem comparativa direcionada á descoberta de moléculas e vias metabólicas funcionais de importância crítica para o sistema imune dos peixes associada á “performance” de desenvolvimento de ovos e embriões. Esta tese está organizada em seis capítulos. Inicia-se com uma visão geral dos critérios morfológicos, físico-químicos e moleculares existentes para avaliar a qualidade de ovos e embriões para melhorar a gestão da aquicultura de peixes (Capítulo 1). Subsequentemente, caracterizou-se a família de genes do sistema imune: a) a das lisozimas em peixes teleósteos com enfase na sua caracterização molecular e funcional em dourada (Capítulo 2) e análises moleculares estruturais e evolutivas e b) a do complemento C5 (C5) em peixes especialmente em espécies da faamilia Cyprinidae (Capítulo 3). Os capítulos 4 e 5, integram abordagens de proteómica e transcriptómica em espécies de peixes mediterrânicos [pargo (Diplodus sargus), corvina (Argyrosomus regius) e dourada], focando os processos de desenvolvimento e de eclosão e na função da enzima “hatching enzyme” em dourada e robalo. Foi feita uma associação entre os capítulos e a análise integrada dos dados do transcritoma do embrião (Capítulo 5) revelou um padrão de expressão significativamente diferente (p-valor < 0,05) para o C5 (Capítulo 3) em diferentes lotes de embriões de dourada nas comparações entre graus de qualidade (Boa vrs Má) e entre estágios de desenvolvimento (Pré- eclosão vrs Eclosão). A variação do C5 em relação ao lote de embriões não foi afetada pela origem da “hatchery”, indicando que as prática de manejo ou os próprios reprodutores não influenciam a sua expressão. Os resultados sugerem que este gene e o seu produto proteico, são provavelmente importantes na proteção imunológica precoce e também em outras funções ainda não descritas na dourada ou em outras espécies de peixes. Também a integração dos resultados do proteoma (Capítulo 4) e do transcritoma (Capítulo 5) do embrião de dourada nos mesmos estágios de desenvolvimento, identificou um grupo de proteínas que se especula serem de origem materna. No último capítulo, sumarizou-se os resultados e são apresentadas perspetivas baseadas nos avanços e desafios atuais e propostas para o desenvolvimento de uma ferramenta integrada de monitorização da qualidade dos embriões e uma base biológica do desenvolvimento de ovos e embriões de peixes (Capítulo 6). Neste projeto foram: 1) identificadas duas importantes famílias de genes associadas à imunidade inata em peixes, a das lisozimas e a do C5. Caracterizou-se pela primeira vez a função das lisozimas através da sua expressão e atividade enzimática em embriões e em diferentes estágios larvares de uma diversidade de reprodutores de dourada. Estudou-se a função do C5 em peixes, através da construção de redes génicas, modelação por homologia e “docking” molecular entre o C5 e o seu receptor (C5R/CD88); 2) mapeou-se e caracterizou-se o proteoma do embrião de três espécies de peixes mediterrânicos (sargo, corvina e dourada) em duas fases do seu desenvolvimento (24h antes da eclosão e na eclosão) e identificou-se um grupo de proteínas potencialmente relacionadas com a imunidade e a qualidade dos embriões. Avaliou-se a função do gene para enzima “hatching enzyme”, com base na sua expressão em embriões de dourada e robalo nos estágios acima referidos; 3) mapeou-se e caracterizou-se o transcritoma de embriões de dourada com origem em diferentes “hatcheries” na região mediterrânica através de uma abordagem comparativa entre qualidade e estágios de desenvolvimento (qualidade- Boa vrs Má; estágios- Pré- eclosão vrs Eclosão) e identificou-se uma diversidade de transcritos, vias metabólicas e elementos do epitranscriptoma regulatório do RNA-não codificante. Foram identificados em comum 42 candidatos a marcadores de qualidade e enriquecidas duas vias metabólicas relacionadas com o sistema imunológico e associadas às “hatcheries”: a via de infeção por Salmonella (constituída por 7 genes relacionados com o sistema imune) e a via de sinalização MAPK (mitogen-activated protein kinase). Foram identificadas 543 proteínas que são expressas apenas no proteoma, sugerindo que podem ter origem materna e destas, 7 (diferencialmente expressas) estão potencialmente relacionadas com o sistema imune. Globalmente, os resultados forneceram um grupo de marcadores relacionados à imunidade e ao desenvolvimento (qualidade), com potencial de se traduzirem em critérios de qualidade de ovos e embriões para a indústria da aquicultura. Estes resultados, foram amplamente estudados para descrever a base molecular biológica entre os diferentes estágios de desenvolvimento de ovos e embriões de peixes e também, entre diferentes lotes de embriões de diferente qualidade. As ferramentas biológicas e critérios desenvolvidos neste trabalho, oferecem uma orientação para as “hatcheries” de peixes e a sua aplicação contribuirá para melhorar no futuro o sector da aquicultura.engMaternidade de aquiculturaBiologia evolutiva do desenvolvimentoBiomarcadores molecularesTecnologias ómicasdoctoral thesis101722699