determinación sexual por temperatura y fisiología de la...
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Determinación sexual por temperatura y fisiología de la diferenciación gonadal en el pejerrey bonaerense.
Somoza, G.M.1; Fernandino J.I.1; Hattori, R.S.2; Strüssmann, C.A.2
1IIB-INTECH. Argentina. 2TUMST. Japón.
“Nuestro” pejerrey, Odontesthes bonariensis es un pez de aguas continentales originario de la región pampeana.
Pejerrey es el nombre común de varias especies peretenecientes a la familia Atherinopsidae.
Japón (1966)
Bolivia (1961) Colombia (1964)
Equador (1977)
Perú (?)
Venezuela (?)
Brasil (1930)
Francia (1928~) Italia (1934~)
Israel (1959~)
Alemania (1927) Bélgica (1908)
Uruguay (?)
Marruecos (1964)
El pejerrey es muy popular en la región y es probablemente el pez latinoamericano más conocido en otros países del mundo. Esto habla de la alta calidad de su carne y su popularidad como pez para la práctica de la pesca deportiva.
Odontesthes bonariensis
Su cultivo está todavía en vías de desarrollo y no se lo produce comercialmente.
Por qué trabajamos con pejerrey?
Odontesthes bonariensis
Su cultivo está todavía en vías de desarrollo y no se lo produce comercialmente.
Por qué trabajamos con pejerrey?
Es particularmente sensible a la contaminación ambiental.
Odontesthes bonariensis
Su cultivo está todavía en vías de desarrollo y no se lo produce comercialmente.
Por qué trabajamos con pejerrey?
Es particularmente sensible a la contaminación ambiental.
El pejerrey tiene un sistema de determinación sexual por temperatura (TSD).
Odontesthes bonariensis
Su cultivo está todavía en vías de desarrollo y no se lo produce comercialmente.
Por qué trabajamos con pejerrey?
Es particularmente sensible a la contaminación ambiental.
El pejerrey tiene un sistema de determinación sexual por temperatura (TSD).
Odontesthes bonariensis
Qué nos motiva a trabajar en determinación y diferenciación
sexual en peces teleósteos y particularmente en pejerrey?
La determinación sexual en teleósteos tiene un componente genético débil.
Hermafroditismo (muy común en teleósteos): • Hermafroditismo sincrónico: con fecundación cruzada (Serranus sp.) • Hermafroditismo protogínico: primero hembra y luego macho (Serranidae: grupers; Symbranchiformes) • Hermafroditismo protándrico: primero macho y luego hembra (Sparidae: besugos)
Los peces telósteos exhiben muchas estrategias reproductivas
Partenogénesis espermato-dependiente (muy raro): el esperma (de una especie relacionada) sólo activa el oocito
Gonocorismo es la generalidad aunque la diferenciación sexual esta muy afectada por factores hormonales y ambientales
Importante: plasticidad del sexo gonadal
Determinación sexual: Es el proceso de desarrollo que direcciona el primordio gonadal bipotencial.
Determinación y Diferenciación sexual
Diferenciación sexual: Es la cadena de eventos fisiológicos que llevan a la morfogénesis de un ovario o un testículo.
Mecanismos de Determinación sexual
XX–XY ZW–ZZ Temperatura Densidad pH
Medaka Tilapia azul Pejerrey Macropodus ssp Apistogramma ssp Trucha arco iris anguila Lenguados Xiphophorus ssp
Genéticos Ambientales
Determinación sexual ambiental
Densidad
0
20
40
60
80
100
He
mb
ras
(%)
Baja Media Alta 4,5 6,5
pH
0
20
40
60
80
100
Mac
ho
s (%
)
pH
Apistogramma sp
densidad
Macropodus opercularis
Determinación sexual por temperatura (TSD)
Reptiles: originalmente descripto en lagartija arcoiris (Agama agama)
Charnier, 1996. Comptes Rendus des Séances de la Société de Biologie
Influencia del genotipo y la temperatura a lo largo de un gradiente latitudinal Lagomarsino & Conover (1993). Evolution
• Hacia el Ecuador:
La temperatura no tiene influencia en la relación de sexos
• Hacia el Norte:
Relación de sexos sesgada hacia hembras a bajas temperaturas Relación de sexos sesgada hacia machos a altas temperaturas
Peces: Primero descripto en Atlantic silverside (Menidia menidia) Conover & Kynard (1981). Science
Menidia menidia
J +
J +
El sexo del adulto, determina el del pez imaduro
Hobbs et al., 2004
Los peces inmaduros inducen su maduración en presencia de un adulto
inmaduro maduro
Inducción social de la maduración y determinación sexual
Gobiodon erythrospilus
Diferenciación gonadal
• Diferenciados
• No diferenciados
• Gonocorismo secundario
Dicentrarchus labrax
Danio rerio
Gramma loretto
• Gonocorísticos Sexos separados
Devlin y Nagahama (2002). Aquaculture, 208: 191-364
• Hermafroditismo
Desarrollo de gametas masculinas y femeninas a lo largo de la vida
Serranus cabrilla
• Sincrónicos
Rivulus marmoratus
Protándricos (1° macho)
Sparus aurata
• Secuenciales
Protogínicos (1° hembra)
Plectromopus maculatus
Devlin & Nagahama (2002). Aquaculture, 208: 191-364
Diferenciación gonadal
La pregunta principal
0
20
40
60
80
100
17 19 21 23 25 29
hem
bra
s (%
)
Temperatura (°C)
TSD en Odontesthes bonariensis
El pejerrey como modelo experimental
Gran importancia regional. Desovador múltiple.
Gonocórica directa.
Fuerte TSD.
E F M A M Jn Jl A S O N D
Strüssmann et al. 1997
Strüssmann et al. 1997
Se pueden obtener proporciones similares de machos y
hembras cuando los peces se mantienen durante la ventana
sensible a la temperatura (semanas 1 a 5) a temperaturas
intermedias (24-25°C).
A temperaturas extremas sólo se obtienen poblaciones
monosexo: machos a altas temperaturas (29°C) y henbras a
bajas (17°C).
Pejerrey (Odontesthes bonariensis) (bajas latitudes)
Pejerrey patagónico (O. hatcheri) (altas latitudes)
1:1 1:1
Efecto de la temperatura sobre la determinación sexual
TSD (Strüssmann et al. 1996; 1997)
TSD-GSD-TSD
Células germinales
Crecimiento de células del estroma
Cavidad ovárica
Ito et al., 2005
Diferenciación morfológica del ovario
3W
4W
9W
espermiductos
Ito et al., 2005
Diferenciación morfológica del testículo
Primordio gonadal indiferenciado ovario testículo
Esteroides y diferenciación sexual
Desde los trabajos pioneros de Yamamoto (1969) es sabido que los esteroides pueden
direccionar la diferenciación gonadal en peces.
La administración exógena de estradiol (E2) tiene acción feminizante mientras que la
administración de andrógenos tienen un efecto masculinizante.
En el pejerrey se estableció que la administración de E2 produce un desvío en la relación de sexos
hacia hembras (Strüssmann et al. 1996).
Cuál es la participación de los esteroides en el proceso de diferenciación sexual en el
pejerrey?
Tiene relación fisiológica con la temperatura?
Efectos del E2 sobre la diferenciación sexual en el pejerrey
Grupo Temperatura ºC n Machos (%) Hembras (%)
Control 17 8 0 100
25 19 68.4 *31.6
29 10 100 0
E2 25 26 0 *100
29 10 66.7 33.3
Fadrozole 17 15 53.3 46.7
25 17 88.2 11.8
Efectos del E2 sobre la diferenciación sexual en el pejerrey
Grupo Temperatura ºC n Machos (%) Hembras (%)
Control 17 8 0 100
25 19 68.4 31.6
29 10 100 *0
E2 25 26 0 100
29 10 66.7 *33.3
Fadrozole 17 15 53.3 46.7
25 17 88.2 11.8
Efectos del E2 sobre la diferenciación sexual en el pejerrey
Grupo Temperatura ºC n Machos (%) Hembras (%)
Control 17 8 *0 100
25 19 68.4 31.6
29 10 100 0
E2 25 26 0 100
29 10 66.7 33.3
Fadrozole 17 15 *53.3 46.7
25 17 88.2 11.8
Testosterona Androstenediona
17b-estradiol Estrona
ANDRÓGENOS
ESTRÓGENOS
Citocromo P450 Aromatasa
= Estrógeno sintasa
La aromatasa es la enzima responsable de la síntesis de estrógenos
Aromatización del anillo A de los esteroides de C19
La reacción involucra a la flavoprotein NADPH-citocromo P450 reductasa y requiere O2
En pejerrey se expresa después de la determinación sexual, y antes de la diferenciación gonadal morfológica en presuntivas hembras (Karube et al, 2007).
Aromatasa gonadal (cyp19a1a)
Karube et al 2007
Expresión de cyp19a1a durante el período de determinación sexual y diferenciación gonadal
Resultados histológicos diferenciación morfológica y relación de sexos
Temperatura Hembras Machos
TFH (17°C) 7 spe ----
TFMix (25°C) 6 spe 7 spe
TFM (29°C) ---- 6 spe
Fernandino et al 2008
Expresión de cyp19a1a a 17ºC y 29ºC
Fernandino et al 2008
Dmrt1 (Doublesex Maleabnormal-3 Related Transcription factor-1) codifica un factor de trascripción conteniendo un motivo de unión al ADN (dominio DM) identificado orignalmente
Drosophila melanogaster doublesex (dsx; Erdman and Burtis, 1993) y luego en Caenorhabditis elegans (mab-3; Raymond et al., 1998).
El dominio DM está altamente conservado y es un gen importante en la cadena de eventos metabólicos que llevan al desarrollo de un testículo desde invertebrados a humanos (Raymond et al., 1998; Smith et al. 1999).
En reptiles con TSD dmrt1 se expresa solamente a temperaturas formadoras de machos (Torres-Maldonado et al., 2002)
Dmrt1
Raymond et al. 1998
La hormona anti-Mülleriana o substancia inhibidora de Müller (AMH o MIS) es una glicoproteína perteneciente a la superfamilia de factores trasformadores de crecimiento β
(TGF-β; Cate et al., 1986; Picard et al.,1986).
En mamíferos, AMH es responsable de la regresión de los ductos de Müller, primordios de
los ductos reproductivos femeninos, en el feto masculino (Munsterberg and Lovell-Badge, 1991; Josso
et al., 1993).
En reptiles con TSD amh incrementa su expresión en TFM (Western et al., 1999). Sin embargo, el rol de AMH en la diferenciación sexual gonadal en peces teleósteos, los
cuales no poseen Ductos de Müller, no había sido esclarecida hasta ese momento.
Hormona anti-Mülleriana (AMH)
AAAAAAAAAA
TGF-β
Expresión de dmrt1 y amh a 17ºC y 29ºC
Fernandino et al 2008
Expresión de cyp19a1a a 25ºC
relación de sexos: 55.2% ♂
Fernandino et al 2008
Expresión de dmrt1 a 25ºC
relación de sexos: 55.2% ♂
Fernandino et al 2008
Expresión de amh a 25ºC
relación de sexos: 55.2% ♂
Fernandino et al 2008
Expresión de dmrt1, amh y cyp19a1 a 25ºC
relación de sexos: 55.2% ♂
Fernandino et al 2008
E2 regula la cascada de diferenciación gonadal?
Tratamientos con E2
% sexos Control TFMix E2 TFMix Control TFM E2 TFM
Hembras 31.6% 100% 0% 100%
Machos 68.4% 0% 100% 0% Fernandino et al 2008
La expresión de dmrt1, amh y cyp19a1 se encuentra regulada por el
E2.
La regulación de estos genes establecería que este esteroide sexual
juega un rol clave en los estadios tempranos de la cascada de
diferenciación gonadal.
Promueve la expresión de genes involucrados en la diferenciación
del ovario, y a su vez reprime la cascada de genes involucrados en
la diferenciación testicular.
Fernandino et al 2008
El estrés como disparador de la determinación sexual por
altas temperaturas.
Efectos del cortisol
Las larvas de pejerrey criadas a altas temperaturas presentan
algunas características distintivas como:
- alteraciones en la forma del cuerpo,
- reducción de la actividad,
- cambios en la pigmentación
- degeneración de las células germinales en las gónadas
El cortisol es el principal glucocorticoide que participa en la
respuesta al estrés en los vertebrados. En peces, se produce
en la cabeza del riñón bajo la influencia de algún factor de
estrés
Hattori et al 2009
Tratamientos con cortisol
Hattori et al 2009
Tratamientos con cortisol
Hattori et al 2009
Efecto del estrés sobre la producción de andrógenos
Hattori et al 2009
Existe una clara relación entre el aumento de la temperatura,
el cortisol y el porcentaje de machos en la población
El tratamiento con cortisol o con dexametasona (agonista de
sus receptores) produce un aumento del porcentaje de
machos en la población.
El tratamiento con cortisol inhibe la expresión de la
aromatasa gonadal y estimula la expresión de aquellos genes
identificados con la morfogénesis del testículo.
MUCHAS GRACIAS!!!