control of metamorphosis in flatfish - ugent · after metamorphosis has started - t4 more impt...
Post on 15-Jun-2020
9 Views
Preview:
TRANSCRIPT
K. Pittman*, J. Solbakken1 & K. Hamre2
*Dept of Fisheries and Marine Biology,University of Bergen, Norway1. Austevoll Mariculture Station, Inst of Marine Research, Bergen
2. Division of Nutrition, Directorate of Fisheries, Bergen. Austevoll
Control of Metamorphosis in Flatfish
Directorate of FisheriesInst of Marine Research
Austevoll Mariculture Station
University of Bergen
Farmed Flatfish juveniles exhibit:
Pigment abnormalitiesLack of eye migrationSkeletal abnormalitiesWeaning mortality
Fundamental common factor?
0
30
50
100
150
DAYS
STAGE
Control of metamorphosis
= control of juvenile quality
Experiments
1. Natural zooplankton vs standard enriched Artemia1 egg batch 4 groups
2. Exogenous T4 continuously and at Pre-, Pro, Climax & PC Metam
3. Photoperiod 24 hrs light or 12L:12Dat 22 days and at 12, 21, 30 and 42 DPF
Feeding with Artemia or Zooplankton
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00DAYs post first feeding
SIZ
E (
mm
SL Artemia-fedMH Artemia-fedSL Zooplankton-fedMH Zooplankton-fed
Malpigmentation: Artemia 93% Zooplankton 32%Lack of Eye migration: 90 12Dorsal fin “comb”: 82 33
ZooplanktonArtemia
Days post firstfeeding
Dry
wei
ght (
mg)
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
�
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
�
����
����
����
����
����
����
����
����
����
����
����
����
����
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
�
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
�
����
����
����
����
����
����
����
����
����
����
����
����
����
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
�
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
��
�
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70
Feeding with Artemia or Zooplankton
From: Hamre, Opstad, Espe, Solbakken, Hemre & Pittman, submitted
Feeding with Artemia or Zooplankton
LFZ
LFA
Feeding with Artemia or Zooplankton
From Solbakken et al. submitted
FATTY ACIDS IN PREY
Artemia Zooplankton
ARA (20:4 n-6) 2.1±0.1a 0.7±0.2b
EPA (20:5 n-3) 4.9±0.3a 18.6±3.2b
DHA (22:6 n-3) 6.3±0.9a 28.5±4.8b
Σ Saturated 21.3±1.2 22.5±1.0
Σ Monoenes 27.3±0.2a 10.4±4.0b
Σ n-3 34.5±0.4a 55.9±4.8b
Σ n-6 8.1±0.4 4.3±3.3
DHA/EPA 1.3±0.1 1.6±0.4
EPA/ARA 2.3±0.0a 29±10 b
Feeding with Artemia or Zooplankton
(In prey)Wild zooplankton Artemia
Iodine (ug g dw-1) 350 +/- 19 (n=5) 0.5+/-0 (n=4)***
Selenium (ug g dw-1) 2 +/- 0.2 (5) 2.2 +/-0.1 (4)
Phenylalanine (mg g protein-1) 32+/- 2 (5) 39 +/- 1 (4)
Tyrosine (mg g protein-1) 37 +/- 3 (5) 37 +/- 1 (4)
from: Solbakken, Berntssen, Norberg, Pittman & Hamre (submitted)
Feeding with Artemia or Zooplankton(In larvae)
From Solbakken et al. and Hamre et al. (2001) submitted
Feeding with Artemia or Zooplankton(In larvae)
From Solbakken et al. and Hamre et al. (2001) submitted
A**
***
***
0
2
4
6
8
0 10 20 30 40 50 60 70
Iod
ine
(ug
g d
w-1
)
LFC
LFA
Feeding with Artemia or Zooplankton(In larvae)
From: Solbakken, Berntssen, Norberg, Pittman & Hamre submitted
Feeding with Artemia or Zooplankton
Window of metamorphosis
critical size about 18 mm for halibut?
17.99 mm SL
Foto: Ø. Sæle
Exogenous Thyroxine - continuous
Co
rtis
ol (
ng
/larv
a)
0
5
10
15
20
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
ControlExogenous T4
Standard length (mm)
Eye
mig
rati
on
ind
ex
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
10 15 20 25 30 35 40 45 50
Exogenous T4 and FDFControl and FDFExogenous T4Control
T4
(ng
/larv
a)
0
20
40
60
80
10 15 20 25 30 35 40 45 50
ControlExogenous T4
Standard length (mm)
T3
(ng
/larv
a)
0
20
40
60
80
10 15 20 25 30 35 40 45 50
ControlExogenous T4
Solbakken et al. (subm.)
Exogenous Thyroxine - stages
Age
(DPF)
SL (mm) Stage MH (mm)
15 15.3 ±
0.6
Pre-M –
Pro-M
1.7 ± 0.4
37 18.2 ±
1.9
Pro-M -
MC
4.4 ± 1.1
62 29.3 ±
4.2
Late MC
- JUV
7.2 ± 1.1
Exogenous Thyroxine - stages
DPF SL (mm)
Exogenous
T4
Controls
15 15.3 ± 0.1 (40)
22 16.3 ± 0.1 (60) 15.6 ± 0.1 (55) ***
29 17.3 ± 0.2 (49) 16.4 ± 0.2 (40) ***
37 18.2 ± 0.3 (30)
44 22.2 ± 0.2 (56) 22.7 ± 0.2 (47)
51 24.8 ± 0.4 (56) 25.1 ± 0.4 (48)
62 29.3 ± 0.8 (28)
69 32.4 ± 0.5 (56) 32.7 ± 0.6 (48)
76 38.0 ± 0.9 (56) 36.6 ± 1.2 (28)
*****
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 10 20 30 40 50 60 70
0
25
50
75
100
0 10 20 30 40 50 60 70
Days
****
***
0
25
50
75
100
0 10 20 30 40 50 60 70
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
EM
I
***
0
2
4
6
8
10
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32M
yoto
me
(m
m)
0
25
50
75
100
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Size (mm)
Fre
e F
in (
%)
0
25
50
75
100
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Hae
mo
glo
bin
(%
)
***
0
2
4
6
8
10
0 10 20 30 40 50 60 70
Photoperiod
Continuous 22DPF
Photoperiod - continuous
Normal Ambi Pseudo
0
25
50
75
100
Fre
qu
en
cy
of
larv
ae
(%
)
Photoperiod - ages
15
1719
2123
25
27
29
31
0 10 20 30 40 50 60
Days post first feeding
Sta
nd
ard
len
gth
(m
m) LL
LD12
LD 21
LD 30
LD 41
Solbakken et al. (in prep.)
Photoperiod - ages
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0 10 20 30 40 50 60Days after firstfeeding
EMI/S
L
LLLD 12LD 21LD 30LD 41
Solbakken et al. (in prep.)
abb
abb
aababbb
aaa
aaa
aabc
bc
abb
aa
aa
aabbcc
aaa
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36E
ye m
igra
tio
n
abb
abc
aabbb
aababb
aaa
aaaa
aa
aaaa
aaaa
abb
0123456789
10
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
Standard length
Myo
tom
e h
eig
ht
0
20
40
60
80
100
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
Hae
mo
glo
b
aaaba
ab
aaaa
0
2
4
6
8
10
0 10 20 30 40 50 60
Days post first
Myo
tom
e h
eig
ht
abb
aabbba
bbb
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 10 20 30 40 50 60
Eye
mig
rati
on
aaaa
aab
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60
Hae
mo
glo
bi
Photoperiod
size vs age
ages
Age vs Size: example from diet expt
18217,39
Dag 564-13,91
143-15,62
65-14,76
74-13,74
183-13,69
135-16,26
144-14,01
Dag 14 Dag 21
173-19,16
Dag 25
221-18,8
203-16,8
202-14,9
S
M
L
Ø. Sæle
Hypothalamus-pituitary-thyroid axis
TSH
T3 Bound T4
TRH
T3 T4
T3 T4Deiodination
photoperiod
melatonin
thyroid Diet (+iodine?)
Diet (+selenium)
Thyroid follicle
Plasma
TissueReceptors
Up or down regulation DNA
Development Growth ReproductionFig: Ø. Sæle
iodinephenylalanine 4-monooxygenase
tyrosine 3-monooxygenase
Monophenol monooxygenase
Monophenolmonooxygenase
Deiodinases withselenocystein
(types 1& 3 ID)(type 2 ID)
Deiodinases(type 1 & 3 ID)
phenylalanine (essential a.a.)
tyrosine thyroxin (T4)
melanin
dopa
dopaquinone
triiodothyronine (T3)
Proposed pathway to pigmentation and settlementdiet
diet (& seawater)
diet
neural + skeletal changepigmentation
Aseasonal Reproduction
Artemia
24
0Jan June Dec
Conclusions1. Dietary micronutrients important for endocrine control
of metamorphosis (iodine & selenium)
2. Peak deiodinase activity in 24-26 mm size, after metamorphosis has started - T4 more impt initially?
3. Window of opportunity 18-20 mm size (pre-pro metamorphosis)
4. Photoperiod induces heterochrony of eye migration,hemoglobin and pigmentation effects
5. Exogenous thyroid has positive effect on skeletal growth at pre-pro metamorphosis, among other effects
Conclusions
6. Order of metamorphic events is i) neural ii) growth and skeletal change iii) circulation changes iv) pigmentation finally established
7. Heterochrony is more related to age than size
8. Stage dependent response to photoperiod-melatonin-thyroidstimulation?
Future: effects on immunology (IgM), TRs, TRIPs
top related