Roles of lipids and fatty acids through the spermatogenesis of European eel (Anguilla anguilla)

Abstract

[EN] During the last 25 years, eel populations have declined considerably, this species is considered outside safe biological limits. The life cycle of the eel is quite complex including transoceanic migration whose conditions are still so unknown that even the natural spawning process has never been observed. Eels cease feeding during migration and that is why their energy reserves such as lipids play a crucial role and thus their in deep study is essential to obtain gametes (eggs and sperm) quality as the first step for their reproduction in captivity. In the last years, many efforts have been directed at the study of the influence of fatty acids on the reproductive performance in females, but not in male eels. The present manuscript describes the results obtained in two experiments. The first experiment (which led to the three first articles included in the memory) focused on the effect of fatty acids along maturation, their relationship with steroid hormones and their effect on sperm quality parameters. The second experiment involved the comparison of different diets designed, considering the previously acquired insights into the most influential fatty acids on male eel reproduction, and the assessment of their influence on the reproductive performance of males. The first experiment was used to assess the changes in the fat content, as well as fatty acids, in different tissues of male eels hormonally induced to sexual maturation under different thermal regimes (two variables and one constant). Males finished spermatogenesis earlier with a constant temperature of 20 ºC, suggesting that eel spermatogenesis is tightly regulated by temperature. The fat content did not change significantly in the muscle, but was increased in the liver and decreased in testes during testicular development. With regard to fatty acids, during sperm maturation, the liver was highlighted as the main site of synthesis. Finally, EPA, ARA and DHA remained constant in testes, while the level of the rest of fatty acids decreased significantly. Using samples from the same experiment, the correlation between the main steroid hormones and fatty acids at different stages of testicular development were investigated. Similarly as occurs in mammals, EPA and DHA were highlighted as possible modulators of androgen synthesis. The set of the results obtained suggests new perspectives concerning the functions and interactions between fatty acids and steroids in fish spermatogenesis. Also, with samples from the first experiment, a study was carried out seeking to establish the possible correlations between different fatty acids and several sperm quality parameters. Correlations between several highly unsaturated fatty acids with parameters such as volume, the percentage of motile sperm and sperm velocity were found. Finally, with the acquired knowledge so far, a second experiment was carried out designing feeds with different fatty acid percentages in order to evaluate the influence of the diets on sperm quality. The results showed that high levels of DHA and EPA in the diets induce higher volumes and high sperm motility. This study allowed obtaining results applicable to the design of optimum broodstock diets for this species.

[ES] Durante los últimos 25 años las poblaciones de anguila han disminuido considerablemente, de modo que la especie se considera fuera de los límites biológicos de seguridad. El ciclo vital de la anguila es bastante complejo incluyendo una migración transoceánica cuyas condiciones son todavía tan desconocidas que incluso el proceso natural de desove no se ha observado nunca. Las anguilas dejan de alimentarse durante la migración y es por ello que sus reservas energéticas en forma de lípidos tienen un papel crucial y su estudio en profundidad es importante para obtener gametos (huevos y esperma) de calidad como primer paso para su reproducción en cautividad. En los últimos años se han dirigido muchos esfuerzos al estudio de la influencia de los ácidos grasos en el rendimiento reproductivo de las hembras, pero no en el de los machos de anguila. El presente documento describe los resultados obtenidos en dos experimentos. El primer experimento (que dio lugar a los tres primeros artículos incluidos en la memoria) se centró en el efecto de los ácidos grasos durante la maduración, su relación con las hormonas esteroideas y su efecto sobre los parámetros de calidad espermática. El segundo experimento consistió en la comparación de diferentes dietas, diseñadas considerando los conocimientos adquiridos previamente sobre los ácidos grasos más influyentes en la reproducción de machos de anguila, y en la evaluación de su influencia en el rendimiento reproductivo de los machos. El primer experimento sirvió para evaluar los cambios en el contenido graso, así como en los ácidos grasos, en diferentes tejidos de machos de anguila hormonalmente inducidos a la maduración sexual bajo diferentes regímenes térmicos (dos variables y uno constante). Los machos concluyeron la espermatogénesis más temprano a una temperatura contante de 20 ºC, sugiriendo que la espermatogénesis de anguila está estrechamente regulada por la temperatura. El contenido en grasa no varió significativamente en el músculo, se incrementó en el hígado y bajó en el testículo a lo largo del desarrollo testicular. Con respecto a los ácidos grasos, durante la maduración del esperma, el hígado destacó como el principal sitio de síntesis. Finalmente, EPA, ARA y DHA permanecieron constantes en el testículo, mientras que el nivel del resto de ácidos grasos bajó significativamente. Usando muestras del mismo experimento, se investigaron las correlaciones entre las principales hormonas esteroideas y los ácidos grasos en los diferentes estadios del desarrollo testicular. De forma similar a lo que ocurre en mamíferos, EPA y DHA destacaron como posibles moduladores de la síntesis de andrógenos. El conjunto de los resultados obtenidos sugiere nuevas perspectivas sobre las funciones y las interacciones entre los ácidos grasos y los esteroides en la espermatogénesis de peces. También con muestras del primer experimento, se llevó a cabo un estudio que buscó las posibles correlaciones de los diferentes ácidos grasos con varios parámetros de calidad espermática. Se encontraron correlaciones entre varios ácidos grasos altamente insaturados con parámetros como el volumen, el porcentaje de espermatozoides móviles y la velocidad del esperma. Finalmente, con los conocimientos adquiridos hasta el momento, se realizó un segundo experimento para el que se diseñaron piensos con diferentes porcentajes de ácidos grasos con el fin de evaluar la influencia de las dietas sobre la calidad del esperma. Los resultados mostraron que niveles altos de DHA y EPA en las dietas inducen mayores volúmenes y una alta motilidad del esperma. Este estudio permitió obtener resultados aplicables al diseño de dietas óptimas para reproductores de esta especie.

[CA] Durant els últims 25 anys les poblacions d'anguila han disminuït considerablement, de manera que l'espècie es considera fora dels límits biològics de seguretat. El cicle vital de l'anguila és bastant complex incloint una migració transoceànica les condicions de la qual són encara tan desconegudes que fins i tot el procés natural de fresa mai ha estat observat. Les anguiles deixen d'alimentar-se durant la migració i és per això que les seves reserves energètiques en forma de lípids tenen un paper crucial i el seu estudi en profunditat és important per a obtenir gamets (ous i esperma) de qualitat com a primer pas per a la reproducció en captivitat. En els últims anys s'han dirigit molts esforços a l'estudi de la influència dels àcids grassos en el rendiment reproductiu de les femelles, però no en el dels mascles d'anguila. El present document descriu els resultats obtinguts en dos experiments. El primer (que dona lloc als tres primers articles inclosos en la memòria) es va centrar en l'efecte dels àcids grassos durant la maduració, la seva relació amb les hormones esteroides i el seu efecte sobre els paràmetres de qualitat espermàtica. El segon experiment va consistir en la comparació de diferents dietes, dissenyades considerant els coneixements adquirits prèviament sobre els àcids grasos més influents en la reproducció dels mascles d'anguila, i en l'avaluació de la seva influència en el rendiment reproductiu dels mascles. El primer experiment va servir per avaluar els canvis en el contingut de gras, així com en els àcids grassos, en els diferents teixits de mascles d'anguila hormonalment induïts a la maduració sexual baix diferents règims tèrmics (dos variables i un constant). Els mascles van concloure la espermatogènesis més prompte a una temperatura de 20 ºC, suggerint que l'espermatogènesis d'anguila està estretament regulada per la temperatura. El contingut en greix, no va variar significativament en el múscul, es va incrementar en el fetge i va baixar en els testicles al llarg del desenvolupament testicular. Pel que fa als àcids grassos, durant la maduració de l'esperma, el fetge va destacar com al principal lloc de síntesi. Finalment, EPA, ARA y DHA van romandre constants en el testicle, mentre que el nivell de la resta d'àcids grassos va baixar significativament. Emprant mostres del mateix experiment, es van investigar les correlacions entre les principals hormones esteroides i els àcids grassos en els diferents estadis de desenvolupament testicular. De manera semblant al que ocorre en mamífers, EPA i DHA van destacar com a possibles moduladors de la síntesi d'andrògens. El conjunt dels resultats obtinguts suggerixen noves prespectives sobre les funcions i les interaccions entre els àcids grassos i els esteroides en l'espermatogènesi dels peixos. També amb mostres del primer experiment, es va dur a terme un estudi que va buscar les possibles correlacions dels diferents àcids grassos amb diversos paràmetres de qualitat espermàtica. Es van trobar correlacions entre diversos àcids grassos altament insaturats amb paràmetres com el volum, el percentatge d'espermatozoides mòbils i la velocitat de l'esperma. Finalment, amb els coneixements adquirits fins al moment, es va realitzar un experiment per al qual es van dissenyar pinsos mb diferents percentatges d'àcids grassos per tal d'avaluar la influència de les dietes sobre la qualitat de l'esperma. Els resultats van mostrar que nivells alts de DHA i EPA en les dietes indueixen a majors volums i una alta motilitat de l'esperma. Aquest estudi va permetre obtenir resultats aplicables al disseny de dietes òptimes per a reproductors d'aquesta espècie.