Senegalese sole (solea senegalensis) broodstock nutrition: arachidonic acid (20:4n-6, ARA) and reproductive physiology

Abstract

Considerando la total ausencia del desove natural y fertilización de huevos en reproductores de lenguado Senegalés (Solea senegalensis) nacidos en cautividad (G1) comparados con peces salvajes mantenidos en cautivo que son capaces de producir huevos fertilizados viables para su cultivo. Esta tesis se realizó con el objetivo de determinar la importancia dietética de los ácidos grasos, específicamente del ácido graso araquidónico (20:4n-6, ARA) y su interacción en la disfunción reproductiva presentada en peces G1. Se compararon los contenidos de lípidos y ácidos grasos (FA), la expresión génica de ciclooxigenasa (COX-2) y la producción de prostaglandinas (PGE2, PGE3, PGF2α y PGF3α) en peces maduros capturados y en peces G1. El contenido total de lípidos en peces G1 fue más alto que en peces salvajes (principalmente en el hígado); además, los peces salvajes mostraron altos niveles de colesterol (CHOL). La composición de ácidos grasos también fue distinta, particularmente en el ácido graso ARA, que fue más bajo en peces G1 (hígado, testículos y músculo). Estas diferencias en lípidos y ácidos grasos entre peces salvajes y cultivados fueron causadas principalmente por los piensos comerciales utilizados para alimentar a los peces G1. Transcritos del gen COX-2 fueron significativamente más altos en espermiducto, oviducto y branquias en machos salvajes comparados con peces G1. Además, los peces salvajes mostraron valores más altos en PG de serie-2. En tanto, las PGs de serie-3 fueron más altas en G1. Para determinar el nivel óptimo de ARA en la dieta y su efecto en la fisiología reproductiva en peces G1 de lenguado Senegalés se condujeron dos experimentos: 1) Se estudio el efecto de seis dietas diferentes enriquecidas con ARA (A= 0.7, B= 1.6, C= 2.3, D= 3.2, E= 5.0 y F= 6.0% TFA) en la composición de lípidos y ácidos grasos, prostaglandinas circulantes, esteroides en sangre (11-ketotestosterone (11-KT), testosterone (T) y estradiol (E2)) y contenido de ácidos grasos en tejido (gónadas, hígado y músculo). Adicionalmente se evaluó la expresión de los transcritos de elongasa (elovl5) y desaturasa (d4fad) en el hígado de los peces G1 (grupos A, C y F) para examinar el efecto de ARA en la regulación de estos genes. 2) Se estudio la preferencia de ARA en la dieta de los peces G1 a través del uso de alimentadores de auto-demanda. En el experimento de dosis/respuesta el contenido relativo de ARA y CHOL incrementó en respuesta al enriquecimiento de ARA en la dietas, en tanto eicosapentanoico (20:5n-3, EPA) y los ratios de EPA/ARA se redujeron. Además, las PGs de serie-3 mostraron una reducción paralela al aumento de ARA en sangre y los niveles de esteroides (11-KT and T) en machos incrementaron con el enriquecimiento de ARA en las dietas. La expresión de los transcritos elovl5 y d4fad en machos también incrementó en respuesta al contenido de ARA en las dietas. Además, se observó consecuentemente un aumento de los ácidos grasos adrénico (22:4n-6) y docosapentaenoico (22:5n-6, DPA). También se observó que ARA fue rápidamente transferido y conservado en testículos y ovarios seguido por hígado y músculo. De esta forma los peces alimentados con un 2.3 y 3.2% de ARA no mostraron diferencias en hígado, gónada y músculo comparados con el contenido en peces salvajes. Por otra parte, los resultados obtenidos en el experimento de auto-demanda demostraron que lenguado Senegalés cambia su preferencia de ARA en la dieta durante el año y estos cambios fueron correlacionados con los cambios estacionales de la temperatura del agua (r2=0.65). El valor promedio de ARA demandado durante el experimento (16 meses) fue de 3.0% y se recomendó la incorporación de un 3.2% de ARA en la dieta de reproductores G1 y posiblemente se puedan utilizar niveles más bajos de un 2.3% en periodos prolongados de alimentación (> 9 meses). En conclusión, esta tesis demostró que los peces G1 tienen un desbalance en el contenido de lípidos y ácidos grasos comparados con los contenidos nutricionales de peces salvajes, lo cual contribuye a diferencias en la fisiología reproductiva de estos peces, diferencias que fueron discutidas en relación a la defunción reproductiva descrita en peces G1 de lenguado Senegalés.

Considering the complete reproductive failure to spawn viable eggs from G1 cultured Senegalese sole (Solea senegalensis) broodstock compared to successful spawning from wild caught captive broodstock, this thesis was conducted with the aim to determine the importance of dietary essential fatty acids, specifically arachidonic acid (20:4n-6, ARA) in the reproductive dysfunction exhibited by G1 Senegalese sole. Lipids and fatty acid (FA) composition, cyclooxygenase (COX-2) activity and prostaglandins production (PGE2, PGE3 PGF2α and PGF3α) of recently caught mature wild verses mature G1 fish were studied. The total lipid of G1 fish was higher compared to wild fish in liver, and wild fish showed higher levels of cholesterol (CHOL). Moreover, differences were found in fatty acids, particularly in ARA, which was lower in G1 fish (i.e., liver, testis and muscle). The observed differences in lipids and fatty acids between wild and G1 fish were a reflection of the extruded diet used to feed the fish. Transcripts of COX-2 were significantly up regulated in sperm-duct, oviduct and gills of males wild fish compared to G1 fish. Furthermore, wild fish showed higher levels of total 2-series PGs and lower levels of 3-series. To determine optimal dietary levels of ARA and the effect of ARA in the reproductive physiology of G1 Senegalese sole two studies were conducted: 1) The effects of six different ARA-enriched diet (A= 0.7, B= 1.6, C= 2.3, D= 3.2, E= 5.0 and F= 6.0% TFA) on blood lipid and fatty acid composition, prostaglandins, blood steroid levels (11-ketotestosterone, 11-KT, testosterone, T and estradiol, E2) and fatty acid tissue levels (gonads, liver and muscle) was studied. Additionally, the expression of elongase (elovl5) and desaturase (d4fad) transcripts was assessed in the liver of fish (groups A, C and F) to examine the effects of ARA on the regulation of these genes. 2) The preferred dietary ARA level of G1 Senegalese sole was studied using self-feeders. In the dose/response experiment ARA and CHOL relative content increased in an ARA dose related manner whereas EPA and EPA/ARA ratio were reduced. Furthermore, PGs 3-serie were reduced in parallel to increased blood ARA levels, and the steroids (11-KT and T) levels increased significantly with ARA-enriched diet in males. The expression of elongase (elovl5) and desaturase (d4fad) transcripts also increased in response to dietary ARA content in males, showing a pattern of up-regulation in both transcripts, with a subsequent increase in adrenic (22:4n-6) and docosapentaenoic (22:5n-6, DPA) acids. Arachidonic acid (ARA) was rapidly transferred and conserved in testis and ovary, followed by liver and muscle. Thus, fish fed 2.3 and 3.2% ARA showed no differences in the composition of testis, ovary and liver compared with the same tissues of wild fish. Moreover the results obtained by the self-fed study showed that Senegalese sole changed preference for ARA during the year and preferred ARA levels were correlated with the seasonal water temperature changes (r2=0.65). The average ARA level demanded was 3.0% TFA for all the experimental period (16 months) and dietary levels of 3.2% ARA can be suggested as optimal and possibly a lower level of 2.3% over extended feeding periods (> 9 months). In conclusion, this thesis demonstrated that G1 Senegalese sole had an imbalance in lipids and fatty acid nutritional status compared to wild sole that contributed to significant differences in reproductive physiology. These differences were discussed in relation to the reproductive dysfunction that has been described in G1 Senegalese sole.