Effects of environmental factors on the gonadal transcriptome of European sea bass (Dicentrarchus labrax), juvenile growth and sex ratios

Abstract

In many gonochoristic fish, sex is plastic since it can be altered by the influence of environmental factors. In this thesis, using the European sea bass (Dicentrarchus labrax) model, a teleost fish with a polygenic sex determining system influenced by the environment, we have studied the effects of different environmental factors —including food supply, elevated temperatures and presence of estrogens— on growth, sex differentiation and gonadal development of juveniles. Global analysis of gene expression was carried out by a custom-made microarray. We found that, like in mammals, sex determines growth and that the first sex-related differences in growth are established before the appearance of the first molecular markers indicative of sex. Further, the juvenile testis transcriptome is influenced by poor growth during sex differentiation, while proper food supply during juvenile development is able to rescue the testis transcriptome of previously poor-growing individuals. We found that the previously observed masculinization as a result of elevated temperatures is caused by long-lasting effects at the transcriptomic level, by favoring the expression of male-related genes and decreasing that of female-related genes. In contrast, exposure to estrogen negatively affects both male- and female-related genes and pathways. Interestingly, the expression patterns of a suite of genes related to epigenetic regulatory mechanisms of gene expression showed different degrees of dependency to genetic background, developmental time and external influences according to their functional category.

A molts peixos gonocoristes, el sexe és plàstic donat que pot ésser alterat per la influència de factors ambientals. En aquesta tesi, utilitzant el llobarro (Dicentrarchus labrax) com a model, un peix teleosti amb un sistema poligènic de determinació del sexe influït per l'ambient, hem estudiat els efectes de diferents factors ambientals —incloent la disponibilitat d'aliment, temperatures elevades i presència d’estrògens— en el creixement, la diferenciació sexual i el desenvolupament gonadal dels juvenils. L'anàlisi global de l'expressió gènica s'ha realitzat mitjançant un xip d’ADN fet a mida. Hem trobat que, de la mateixa manera que ocorre en els mamífers, el sexe determina el creixement i que les primeres diferències en el creixement vinculades amb el sexe s'estableixen prèviament a l'aparició dels primers marcadors moleculars indicatius del sexe. A més, el transcriptoma de testicles juvenils està influït per un creixement pobre durant la diferenciació sexual, mentre que un subministrament adequat de menjar durant l’etapa juvenil és capaç de rescatar el transcriptoma testicular d’animals amb un pobre creixement previ. Hem trovat que la masculinització observada anteriorment com a resultat de les temperatures elevades està causada per efectes persistents a nivell transcriptòmic, afavorint l'expressió de gens relacionats amb el desenvolupament masculí i disminuint la dels gens relacionats amb el desenvolupament femení. Per contra, l'exposició a estrògens afecta negativament tant als gens relacionats amb el desenvolupament masculí com el femení. És destacable com els patrons d'expressió d'una sèrie de gens relacionats amb la regulació epigenètica de l’expressió gènica mostren graus diferents de dependència a factors genètics, període del desenvolupament i factors ambientals segons la seva categoria funcional.