Ritmos biológicos y relojes moleculares en teleósteos : ontogenia y sincronización a los ciclos diarios de luz y alimentación

Abstract

Objetivo: El objetivo general de la presente Tesis Doctoral ha sido profundizar en el conocimiento del sistema circadiano de teleósteos. Para ello se han utilizado cuatro especies, una especie de interés en investigación básica, el pez cebra, y tres especies de interés en acuicultura, la lubina, la dorada y la trucha arcoíris. Metodología: A lo largo de diferentes experimentos, se estudió la influencia de las condiciones de iluminación y de disponibilidad de alimento sobre los distintos ritmos circadianos de teleósteos y sobre la expresión de los principales genes que forman parte de los relojes moleculares. Asimismo, se analizó a nivel molecular la maduración de los relojes moleculares de teleósteos durante las primeras etapas del desarrollo y la influencia de las condiciones lumínicas sobre la funcionalidad de dichas estructuras. Resultados y conclusiones: Los principales resultados y conclusiones obtenidas fueron: - El gen per1 de lubina ha sido clonado y secuenciado. La expresion de este gen mostró un patrón de expresión circadiano, con una acrofase o pico de expresión cercana al final de la noche. - En larvas del lubina, la expresión del gen reloj per1, comienza en etapas tempranas del desarrollo, adquiriendo un patrón circadiano robusto a partir del día 16 post-eclosión bajo un ciclo LD. - El inicio de un patrón rítmico en la expresión de per1 en larvas de lubina requiere de la presencia un ciclo luz/oscuridad durante el desarrollo, permaneciendo arrítmico bajo condiciones constantes de luz u oscuridad. La composición del espectral de la luz utilizada en el ciclo LD, también afecta al comienzo de la expresión rítmica de este gen. - El fotoperiodo afecta a la expresión de los genes reloj durante el desarrollo embrionario de la trucha arcoíris. Bajo un fotoperiodo 12L:12D, se detectó un patrón rítmico de expresión en los genes reloj (per1 y clock) a partir del día 8 post-fertilización, mientras que la expresión rítmica de aanat2 es detectable a partir del día 21. Por el contrario, bajo condiciones constantes de luz, la expresión de los genes reloj es alterada. - Los ritmos de expresión de genes reloj en trucha arcoíris, podrían iniciarse por fotorreceptores aún no identificados, ya que aparecen antes del desarrollo de los fotorreceptores clásicos (pineal y retina), y no se observan bajo condiciones constantes. - Los peces cebra sometidos a alimentación periódica muestran una actividad anticipatoria al alimento, que se manifiesta como un aumento de la actividad locomotora en las horas previas a la hora de alimentación. - En pez cebra, el oscilador sincronizado por el alimento parece localizarse fuera del cerebro. - La alimentación aleatoria afecta a los ritmos de comportamiento en dorada provocando un aumento de los niveles diarios de actividad locomotora, mientras que la alimentación periódica provoca un incremento de la actividad locomotora en la las horas previas a la hora de la alimentación (FAA), mostrando un nivel de actividad diaria total menor. - En Dorada, la alimentación periódica mejora el bienestar animal y el crecimiento. Cuando los animales no pueden predecir la llegada del alimento aumentan los niveles de indicadores de estrés, como el cortisol y glucosa plasmáticos. Además, esta situación afecta al crecimiento, al menos a corto plazo. Estos resultados contribuyen al avance del conocimiento sobre sistema circadiano de teleósteos y ponen de manifiesto la importancia de las condiciones ambientales para el correcto desarrollo y funcionamiento del sistema circadiano, así como la influencia de este sistema sobre la fisiología global del todo el organismo.

Aims: The aim of this Doctoral Thesis is to improve our knowledge on the circadian system in teleosts. To this end, four species have been used: one species of interest in basic research, the zebrafish, and three species of interest in aquaculture, the bass, the sea bream and the rainbow trout. Methods: Throughout the different experiments, the influence of lighting conditions and food availability on the different circadian rhythms in teleosts, and on the expression of the principal genes which form part of the molecular clock, was studied. The maturation of the molecular clock in teleosts during the initial stages of development and the influence of lighting conditions on the functionality of said structures were also analysed. Results and conclusions: - The clock gene, per1, was cloned in sea bass. This gene showed a circadian pattern of expression, with an acrophase or peak expression near the end of the dark phase. - In European sea bass larvae, per1 expression starts in the early stages of development, showing a circadian pattern of expression from day 16 post— - In sea bass lavae, the photoperiod induces the start of a rhythmic pattern in per1 expression during development, remained arrhythmic under constant conditions of light and dark. The spectral composition of light used in the LD cycle, also affect the onset of rhythmic expression of this gene. - The photoperiod affects the expression of clock genes during the embryonic development of rainbow trout. Under a 12L: 12D photoperiod, the rhythmic expression of the clock genes (Per1 and clock) are detectable from day 8 post-fertilization (dpf), while aanat2 rhythmic expression is detectable from day 21dpf. By contrast, under LL, the expression of clock genes is altered, - In rainbow trout embryos, the rhythmic expression of per1 starts before the development of the classical photoreceptors (pineal and retina), and is not observed under LL, suggesting that this cycle could be initiated by other as yet unidentified photoreceptors. - Zebrafish subjected to periodic feeding showed Food Anticipatory Activity, which is manifested by an increase in the locomotor activity in the previous hours prior to meal time. - In zebrafish, the oscillator synchronized by food could be located outside the brain. - In sea bream, random feeding affects behavioural rhythms, increasing the locomotor activity levels. In contrast, periodic feeding induced an increase in locomotor activity in the hours prior to meal time (FAA). - In sea bream, scheduled feeding improves animal welfare. When the animals cannot predict the arrival of the food, the levels of stress indicators, such as cortisol and plasma glucose, are increased. ). In addition, periodic feeding improves growth in sea bream, at least in the short term. The results contribute to the advancement of scientific knowledge on the circadian system in teleosts and highlight the importance of environmental conditions for proper development and functioning of the circadian system, as well as the influence of this system on the overall physiology of the whole organism.