Estudio del control ambiental, hormonal y molecular de la pubertad anticipada de la lubina aplicando ventanas de corta duración de luz continua

Abstract

[ES] La lubina (Dicentrachus labrax L.) es una de las principales especies marinas de la acuicultura europea. En España, después de la dorada (Sparus aurata L.), es el segundo pez marino más cultivado. Sin embargo, a pesar de que su engorde se viene realizando desde hace décadas, en la actualidad existen todavía problemas reproductivos asociados a su producción. Durante el primer año de vida de esta especie, un alto porcentaje de los machos de lubina maduran prematuramente, lo que trae consigo una disminución de su crecimiento somático durante su segundo año de vida antes de su comercialización. Esta circunstancia implica que los machos precoces tienen que ser mantenidos por mucho más tiempo en las instalaciones acuícolas hasta que alcanzan su talla comercial, lo que supone una mayor inversión en alimentación y, en consecuencia, una disminución de la rentabilidad de las empresas acuícolas. Una forma de mitigar la pubertad prematura de la lubina es mediante la aplicación de regímenes de luz continua (LL). Hay constancia que la aplicación de LL durante 12 meses es efectiva para reducir la precocidad en machos juveniles de lubina durante su primer año de vida. Asimismo existen también estudios que han permitido acotar el tiempo, entre cuatro y seis meses de duración, durante el cual la aplicación de luz continua ha sido efectiva para reducir el porcentaje de precocidad en machos prepúberes, y que han sugerido la existencia de un periodo fotosensible que en el caso de la lubina está comprendido entre Agosto y Octubre. No obstante, este tipo de estrategia no siempre resulta de fácil implementación en los lugares de cría y, además, puede provocar una condición de estrés permanente en los peces en aquellos casos en los que la aplicación de dichos tratamientos es prolongada lo que puede hacerles más vulnerables a enfermedades. Por lo tanto, se hace necesario encontrar periodos fotosensibles en los cuales se puedan aplicar terapias de luz continua de duración más corta e igual de efectivas para reducir la maduración sexual de los peces bajo condiciones de cultivo y que tengan un menor impacto en el bienestar de los animales. Por otro lado, desde un punto de vista endocrino y fisiológico, se necesita también profundizar en el conocimiento sobre cuál es el efecto de la luz continua sobre el eje endocrino que regula el proceso de maduración sexual en esta especie. Esto permitiría tener información básica sobre el control del proceso y de esta forma poder considerar nuevas estrategias enfocadas al manejo reproductivo de peces. Por todo ello, en la presente tesis se evaluaron distintos intervalos de tiempo, desde agosto a noviembre, a lo largo del primer año de vida de la lubina en los que los animales se sometieron a LL con la finalidad de identificar un periodo fotosensible de corta duración (i.e. 1 mes) que fuera efectivo para reducir la precocidad de los machos de esta especie. Los resultados obtenidos han permitido localizar dicho periodo en el mes de septiembre, un periodo crítico para el inicio de la espermatogénesis en esta especie (capítulo 4, artículo 1). De acuerdo con estos resultados, se diseñó una estrategia experimental en la que teniendo en cuenta este periodo fotolábil, se evaluó el efecto que la luz continua tiene sobre las principales hormonas reproductivas y la expresión génica de ciertos factores que a nivel del eje endocrino cerebro-hipófisis-gónada son claves en el proceso espermatogénico de la lubina (capítulo 5, artículo 2). Nuestros resultados demuestran que la luz continua puede alterar el contenido de la GnRH-1 y GnRH-2 a nivel cerebral, así como el patrón y los niveles de expresión del gen fshβ en la hipófisis. Asimismo, se observó un descenso de los niveles plasmáticos de 11-ketotestosterona, estradiol, testosterona y de la hormona estimuladora del folículo (Fsh), además de la expresión génica de los receptores de estrógenos (er), de la hormona antimülleriana (amh) y de la proteína reguladora aguda de la esteroidogénesis (stAR) en las gónadas. De acuerdo con los resultados obtenidos, hemos propuesto un mecanismo de control del proceso espermatogénico en la lubina. En este sentido, sugerimos que el estradiol podría potencialmente ser responsable de la renovación de las espermatogonias, mientras que por otro lado la Amh inhibiría su proliferación. Asimismo, nuestros resultados sugieren que la 11-ketotestosterona puede ejercer un efecto inhibitorio sobre la expresión de la amh en etapas tempranas de la espermatogénesis de esta especie. Esta hipótesis podría explicar el hecho que los animales sometidos a LL no desarrollen sus gónadas y por tanto no alcancen la maduración temprana. Los animales bajo LL mantienen niveles de expresión de fsh y niveles plasmáticos bajos de esta hormona, lo que implica una reducción de la síntesis de esteroides a nivel gonadal y por tanto niveles bajos de 11-ketotestosterona y estradiol circulantes. Esta situación desemboca con una baja proliferación de las espermatogonias, un hecho que queda constatado con lo observado en nuestros estudios. Esto es, un número reducido de mitosis a nivel testicular que va asociado con una expresión alta de amh que ejerce un efecto inhibitorio sobre el progreso de la espermatogénesis, al menos, en la lubina. Por otro lado, si bien los regímenes de luz continua son eficaces para mitigar la pubertad prematura en esta especie, el impacto que éstos tienen durante el segundo año de vida de los animales no está documentado. Por este motivo, en este trabajo se analizó también el efecto que tiene la aplicación de la luz continua a lo largo del primer y segundo año de vida de los animales (capítulo 6, artículo 3). Los resultados de este último experimento demostraron que si bien la luz continua aplicada durante el primer año de vida puede reducir significativamente la maduración precoz de la lubina, durante el segundo año de vida los animales retrasan su maduración gonadal pero son capaces de alcanzar su capacidad reproductiva. Los efectos a nivel del crecimiento también se han analizado en esta tesis, pero las variaciones observadas con otros estudios realizados previamente, requieren nuevos enfoques experimentales para dilucidar las causas de estas discrepancias. Aunque todavía quedan muchas preguntas por contestar, los resultados de esta tesis son un paso más para poder conseguir nuevas herramientas que nos permitan controlar de manera efectiva la producción de lubina en las instalaciones de engorde.

[EN] The sea bass (Dicentrachus labrax L.) is one of the main marine species of European aquaculture. However, although its culture has been taking place for decades, there are still reproductive problems associated with its production. During the first year of life of this species, a high percentage of males sea bass mature prematurely, which leads to a decrease in their somatic growth during their second year of life before commercialization. This circumstance implies that precocious males have to be maintained for much longer in aquaculture facilities until they reach their commercial size, which means a greater investment in food and, consequently, a decrease in the profitability of aquaculture companies. One way to mitigate premature puberty of sea bass is by applying continuous light (LL) regimens. There is evidence that the application of LL for twelve, six and four months of duration is an effective approach to reduce the precocity of juvenile sea bass males during their first year of life. For this reason, it has been suggested the existence of a photolabile period in sea bass located between August and October. However, this type of strategy is not always easy to implement in the breeding facilities and, in addition, these treatments can cause a permanent stress condition in the fish, thus being more vulnerable to diseases. Therefore, it is necessary to find shorter photosensitive periods and continuous light therapies to reduce the sexual maturation of sea bass under culture conditions. On the other hand, from an endocrine and physiological point of view, it is also necessary to deepen the knowledge about the effect of continuous light on the endocrine axis that regulates the process of sexual maturation in this species. This would allow to have basic information on the control of the process and it would permit to find new strategies focused on the reproductive management of fish. Therefore, in this thesis different time intervals were evaluated, from August to November, during the first year of life of the sea bass in which the animals were submitted to LL in order to identify a photosensitive period of short duration (i.e. 1 month) that was effective to reduce the precocity of the males of this species. The results obtained have allowed us to locate this period in September, a critical period for the beginning of spermatogenesis in this species (Chapter 4, Article 1). Based on these results, other experimental strategy was designed in order to evaluate the effect of continuous light over the main reproductive hormones and the gene expression of certain factors acting in the brain endocrine axis (Chapter 5, Article 2). Our results demonstrate that continuous light can alter the content of different hormones and gene expression implied in the spermatogenesis of sea bass. In this sense, our evidences suggest that estradiol could be responsible for spermatogonial renewal, while Amh would inhibit its proliferation. Also, 11-ketotestosterone may exert an inhibitory effect on the expression of amh in the early stages of spermatogenesis of this species. Animals under LL maintain fsh¿ expression levels and low plasma levels of this hormone, which implies a reduction of steroid synthesis at the gonadal level and therefore low levels of circulating 11-ketotestosterone and estradiol. In addition, a high expression of amh can exerts an inhibitory effect on the progress of spermatogenesis, at least, in sea bass. This work also analyzed the effect of the application of continuous light throughout the first and second year of life of animals (Chapter 6, Article 3). The results showed that while continuous light regime can significantly reduce the early maturation of sea bass during the first year of life, during the second year only delay the fish gonadal maturation. The results of this thesis are helpful to get new tools to control the production of sea bass in farming facilities.

[CA] El llobarro (Dicentrachus labrax L.) és una de les principals espècies marines de l'aqüicultura europea. A Espanya, després de la daurada (Sparus aurata L.), és el segon peix marí més cultivat. No obstant això, tot i que el seu engreixament es realitza des de fa dècades, en l'actualitat existeixen problemes reproductius associats a la seua producció. Durant el primer any de vida d'aquesta espècie, un alt percentatge dels mascles de llobarro maduren prematurament, la qual cosa comporta una disminució del seu creixement somàtic durant el seu segon any de vida abans de la seua comercialització. Aquesta circumstància implica que els mascles precoços han de ser mantinguts per molt més temps a les instal·lacions aqüícoles fins que arriben a la seua talla comercial, fet que suposa una major inversió en alimentació i, en conseqüència, una disminució de la rendibilitat de les empreses aqüícoles. Una forma de mitigar la pubertat prematura del llobarro és mitjançant l'aplicació de règims de llum contínua (LL). Hi ha constància que l'aplicació de LL durant 12 mesos és efectiva per reduir la precocitat en mascles juvenils de llobarro durant el seu primer any de vida. Així mateix existeixen també estudis que han permès delimitar el temps, entre quatre i sis mesos de duració, durant el qual l'aplicació de llum contínua ha sigut efectiva per a reduir el percentatge de precocitat en mascles prepúbers, i que han sugerit l'existència d'un període fotosensible que en el cas del llobarro està comprès entre agost i octubre. No obstant això, aquest tipus d'estratègia no sempre resulta de fàcil implementació en els llocs de cria i, a més, pot provocar una condició d'estrès permanent en els peixos en aquells casos en que l'aplicació dels dits tractaments és prolongada el que pot fer-los més vulnerables a malalties. Per tant, es fa necessari trobar períodes fotosensibles en els quals es puguin aplicar teràpies de llum contínua de duració més curta i igual d'efectives per a reduir la maduració sexual dels peixos baix condicions de cultiu i que tinguen un menor impacte en el benestar dels animals. D'altra banda, des d'un punt de vista endocrí i fisiològic, es necessita també aprofundir en el coneixement sobre quin és l'efecte de la llum contínua sobre l'eix endocrí que regula el procés de maduració sexual en aquesta espècie. Això permetria tindre informació bàsica sobre el control del procés i d'aquesta manera poder considerar noves estratègies enfocades al maneig reproductiu de peixos. Per tot això, en la present tesi es van avaluar diferents intervals de temps, des d'agost a novembre, al llarg del primer any de vida del llobarro en els quals els animals es van sotmetre a LL amb la finalitat d'identificar un període fotosensible de curta duració (i.e. 1 mes) que fóra efectiu per reduir la precocitat dels mascles d'aquesta espècie. Els resultats obtinguts han permès localitzar el dit període en el mes de setembre, un període crític per a l'inici de l'espermatogènesi en aquesta espècie (capítol 4, article 1). també demostren que la llum contínua pot alterar el contingut de diferents hormones com per exemple GnRH-1 i GnRH-2, 11-ketotestosterona, i l'expressió dels henes com fshß receptors d'estrògens (er) entre d'altres, totes aquestes substancies claus en l'espermatogènesi de peixos (capítol 5, article 2). D'altra banda, en aquest treball es va analitzar l'efecte que té l'aplicació de la llum contínua al llarg del primer i segon any de vida dels peixos (capítol 6, article 3). Els resultats van demostrar que si bé la llum contínua aplicada durant el primer any de vida pot reduir significativament la maduració precoç del llobarro, durant el segon any de vida els animals retarden la seua maduració gonadal però són capaços d'arribar a la seua capacitat reproductiva.