Functional genomics in fish: towards understanding stress and immune responses at a molecular level

Abstract

Aquesta tesis doctoral està basada en estudiar la resposta immunològica dels peixos en models d'estrès i d'activació del sistema immune des la genòmica funcional. L'aplicació de tecnologies moleculars com el Differential Display van permetre identificar y clonar por primera vegada en orades (Sparus aurata) y en altres especies de peix, el gen enolasa. Aquest enzim glucolític s'ha plantejat per primera vegada com un bon marcador molecular per estudiar el benestar dels peixos. Per mitjà de l'ús d'una plataforma de microarrays dissenyada específicament per a salmònids, i altres metodologies biomoleculars, es va comprovar que els nivells d'enolasa eren regulats en diferents teixits y en diferents especies de peix, com també en adverses situacions per l'animal. D'altra banda, s'han estudiat diferents gens immunològics candidats a ser possibles gens per l'estudi del sistema immunològic dels peixos. Aquests gens s'han estudiat a nivell d'expressió en teixits de truites (Oncorhynchus mykiss) mitjançant PCR convencional i PCR quantitativa, i l'ús de metodologies biomoleculars i bioinformàtiques. Entre ells, destaca el factor de transcripció PU.1, un gen indispensable per el desenvolupament de l'hematopoesi. Aquest gen, s'ha clonat i caracteritzat per primera vegada en salmònids. L'expressió de PU.1 s'ha estudiat mitjançant l'ús d'hibridacions in situ en ronyó anterior y en cervell de truita. A més, l'ús de microarray en aquest dos teixits han permès fer un estudi exhaustiu i pioner a nivell de transcriptòmica en peixos. Les anàlisis del xip de microarray, ha revelat que grups de gens s'activen o s'inhibeixen com a conseqüència d'un estrès immunològic.<br/>En resum, aquesta tesis doctoral ha aplicat el desenvolupament de noves tecnologies moleculars pioneres en peixos, com el microarray, la clonació de noves seqüències gèniques i la bioinformàtica, per estudiar la genòmica funcional dels peixos en situacions d'activació dels mecanismes d'estrès i del sistema immune.

The main results of the present thesis can be integrated to a better understanding the stress and the immune responses in fish at a transcriptional level. The application of functional genomic tools, which encloses from using simple PCR analysis to more modern, sophisticate and fashionable microarray technique, allowed us to identified transcriptional regulations of certain set of genes which are enhanced or repressed under stress conditions. Our findings contribute to increase knowledge of molecular mechanism involved in coping the stress and immune responses in fish and provides a better understanding of fish physiology when fish health is threatened. Furthermore, thesis results may be interesting for aquaculture which looks for good biomolecular markers that may improve fish production and fish quality. The isolation, characterization and gene expression study with further microarray analysis of the enolase gene, allowed us to describe enolase as a possible biomolecular marker to determine fish welfare. The in situ hybridization study of the hematopoietic transcription factor PU.1, contributed to amplify the knowledge of the development of the fish immune system. Throughout this thesis, DNA sequences and mRNA expression levels of several genes studied, have contributed to enlarged genomic fish database. <br/>In summary, this thesis described from a transcriptional level, gene expression and molecular mechanisms activated or repressed when fish welfare is threatened and contributes to a better understanding of transcriptiomic mechanisms required to cope with the stress.