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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!!!