Advances in the larval rearing of meagre (Argyrosomus regius): Diet, weaning protocols and ontogeny of the digestive and innate immune systems

Abstract

La producción acuícola en Europa está dominada por un pequeño grupo de especies, como salmón, trucha, carpa, lubina, dorada, que a su vez limita el número de productos acuícolas disponibles en el mercado. Estas especies han experimentado algunos problemas en relación al precio de mercado que menudo se encuentra cerca o por debajo del coste mínimo de producción, como consecuencia de ello el crecimiento de la acuicultura en la UE se ha visto limitado, no alcanzando las cantidades previstas a la vez que se han ido incrementando las importaciones desde otros países. Sin embargo, un sistema sostenible basado en la incorporación de nuevas especies podría mermar en cierto modo gran parte del problema. Actualmente, el nivel de concienciación en la industria de la acuicultura de investigar la biología de nuevas especies contribuye a fortalecer la sostenibilidad económica, lo que trae como consecuencia un mayor interés por buscar nuevas especies con ciertas características como: rápido crecimiento, facilidad de cultivo, adaptabilidad a grandes volúmenes de cultivo y alta productividad, que ofrezcan excelentes oportunidades para el procesamiento y desarrollo de valor añadido. El propósito de este trabajo, es el estudio de una especies considerada prometedora para la acuicultura mediterránea, perteneciente a la familia Sciaenidae y conocida comúnmente como corvina (Argyrososmus regius). Esta especie se caracteriza por su alta tasa de crecimiento (1 kg año-1) y su buen índice de conversión entre otras. Sin embargo, como toda especie nueva cuenta con algunos cuello de botellas presentes durante sus primeras etapas de desarrollo que necesitan ser resueltos. Así los objetivos generales de esta tesis van dirigidos a estudiar los siguientes aspectos: (1) morfología y desarrollo funcional del sistema digestivo de la larva, basado en el análisis histológico y actividad enzimática durante su fase de crecimiento, (2) estudio del efecto de diferentes estrategias de alimentación temprana de alimento artificial y reducción del uso de nauplios de Artemia (destete temprano) a un 50% de la cantidad utilizada en protocolos estándar de producción, evaluando los efectos en el desarrollo, particularmente en crecimiento, supervivencia, digestión y deformaciones. Dos experimentos fueron diseñados con diferentes protocolos de alimentación orientados especialmente en la incorporación temprana de alimento artificial, evaluando su efecto en la morfología y desarrollo funcional, mediante marcadores enzimáticos que reflejan la madurez del tracto digestivo. Sin embargo ciertos problemas inherentes a la especie particularmente, su conducta caníbal durante la fase de post-flexión marcaron efectos sobre la supervivencia, no obstante el destete temprano no tuvo mayor influencia en el desarrollo de deformaciones a nivel de estructuras esqueléticas. En este sentido se procedió al (3) estudio de los requerimientos nutricionales durante el desarrollo larvario, especialmente en la composición de ácidos grasos, con el intento de examinar los efectos sobre el crecimiento y supervivencia mediante diferentes composición de ácidos grasos en larvas, específicamente contenido de DHA y relación DHA/EPA, así como también, evaluar su capacidad de poder elongar y desaturar ácidos grasos de sus precursores usando una emulsión con bajo contenido de DHA (aceite Hemp). Dos experimentos fueron diseñados durante el cultivo larvario, utilizando varios contenidos de DHA (alto, medio, bajo) demostrado que los requerimientos en cuantos ácidos grados (DHA) son específicos a nivel de especie, además de evidenciar la incapacidad de la larva por elongar y desaturar cuando sus precursores son ofrecidos en el alimento vivo. El sistema inmune es otros de los aspectos de gran importancia durante la cría larvaria ya que por lo general el éxito de un cultivo larvario se basa no solo en la nutrición sino también en los mecanismos de defensa con que cuenta la larva frente a innumerable agentes patógenos presentes en el medio de cultivo. La larva durante su desarrollo depende de una serie de importantes moléculas de protección que hacen frente a potenciales patógenos hasta que su sistema adaptativo o específico está completamente maduro. Particularmente, la mayor parte de la mortalidad durante un cultivo peces se presenta durante las etapas más críticas de crecimiento, limitando la producción de juveniles. En este sentido, para evaluar el tiempo en que la larva es más susceptible a factores externos, y su capacidad de afrontar una respuesta inmune, (4) se estudió la ontogenia del sistema inmune innato durante el desarrollo larvario, enfocado en la organogénesis de los principales órganos linfoides tales como el timo, el riñón y el bazo, además de tejidos linfoides asociados a las mucosas del intestino y branquias. Para este propósito se tomaron muestras de larvas en los periodos más importantes del crecimiento, considerando también las fases criticas de cambio en el desarrollo (metamorfosis), para este fin, se utilizaron técnicas histológicas mediante tinciones específicas para detectar los principales cambios a nivel de composición y estructuras en estos órganos y tejidos. A. regius, presenta patrones similares a la mayoría de teleósteos durante la organogénesis, pero el tiempo de aparición de estas estructuras durante su crecimiento es específico. Además y para completar este estudio del desarrollo del sistema inmune (5) se analizó la expresión de ciertos genes relacionados con el sistema inmune inespecífico con el propósito de identificar posibles marcadores de inmunidad durante el crecimiento, particularmente su presencia durante periodos tempranos de desarrollo así como cambios a nivel de expresión en larvas y tejidos de juveniles, además, evaluar si la expresión relativa de estos genes puede estar correlacionada con cambios morfológicos observados por la histología. Los resultados mostraron que estos genes pueden detectarse durante la etapa temprana de desarrollo y sus perfiles de expresión pueden estar influenciados por la dieta durante el cultivo.

Aquaculture production in Europe is dominated by a small group of species, such as salmon, trout, carp, seabass, seabream that limits the number of aquaculture products available on the market, and to some extent, the geographic regions where aquaculture can be done profitably. The market price of these species is often close to or below the minimum cost of production, which has consequent negative influences on the growth of aquaculture in the EU. A sustainable system based on the incorporation of new species could, to a certain extent, reduce the problem by providing a diversified market with increased geographic dispersal of production sites that can reduce transport costs form “farm to table”. Thus, in order to increase aquaculture products in the market new species have been selected taking in account characteristics such as rapid growth, ease of cultivation, adaptability to large volumes under intensive rearing, large body size to facilitate automated post-harvest processing and development of value-added consumer products. The purpose of this thesis is to study a species considered promising for Mediterranean aquaculture belonging to the family Sciaenidae and commonly known as meagre (Argyrososmus regius). This species is characterized by its high growth rate (1 kg year-1) and good feed conversion rate. However, as other new species, meagre has some bottlenecks present during its early stages of development that need to be solved. Thus, the general objectives of this thesis aims to evaluate the following aspects: (1) morphology and functional development of the digestive system, based on histological and enzymatic activity analyses, (2) study the effect of different strategies for early weaning onto artificial feed, reduce the use of Artemia to 50% of the amount used in standard production protocols, and evaluate the effects of these diets on development, digestion, growth, survival, and deformations. Two experiments were carried out using different feeding protocols designed for an early incorporation of artificial feed, then evaluate its effects on morphology and functional development using enzymatic markers that reflect the maturity of the digestive tract. Certain problems inherent to the species, in particular, their cannibalistic behavior during the post-flexion phase had effects on survival rate, although early weaning had no major influence on the presence of skeletal deformities. In this sense, we proceeded to the (3) study of fatty acid requirements during larval development (DHA -22:6n-3- and DHA/EPA ratio) in order to examine the effects of different live prey enrichments on larval growth and survival, and evaluate their ability to elongate and desaturate fatty acids from their precursors. Two experiments were designed during larval culture using high, medium and low content of DHA demonstrating that the fatty acids requirements (DHA) are species-specific. The use of hemp oil (rich in 18:3n-6 and 18:4n-3) served to demonstrate the inability of meagre larva to elongate and desaturate fatty acids even when the precursors are offered in the live food. The immune system is another aspect of great importance during larval rearing, since the success of larval culture is based not only in nutrition, but also on the defense mechanisms that the larva possess against potential pathogens present in the water. The larva depends on a suite of important protective molecules of the innate immune system that deal with potential pathogens until the adaptive or specific system is completely mature. Most of the mortality afflicting industrial aquaculture occurs during the critical stages larval growth, thus limiting the production of juveniles. In this sense, to evaluate the time in which the larva is more susceptible to external factors and its ability to cope with an immune response, we have studied (4) the ontogeny of the innate immune system during larval development, focused on the organogenesis of the major lymphoid organs (thymus, kidney, and spleen), and lymphoid tissues associated with mucosal gut and gills. For this purpose, larval samples were taken in several developmental periods including the critical change in development (metamorphosis) where rapid changes in growth require tissue modification and increased bioenergetic consumption. For this objective we have used histological techniques and specific stains to detect the main changes in composition and structures in these organs and tissues. A. regius shows similar patterns to most teleosts during organogenesis, but the time of appearance of these structures during their growth is species-specific. In addition, and to complete this study of the development of the immune system (5) the expression of certain genes related to the non-specific immune system was analyzed in order to identify possible markers of immunity during growth. Particularly, we wanted to determine the presence during early developmental periods of significant immune gene transcripts as well changes in expression level in larvae and juvenile tissues, and study whether the relative expression of these genes may be correlated to observed morphological changes seen by histology. The results indicated that the genes under study for this work can be detected during the early stages of development and we found indications that their expression profiles may be influenced by significant dietary changes made during the larval and early juvenile culture.