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Publicação
Gene networks modulating heat acclimatization in common gobies: influence of latitude and season in fish metabolism and health
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Global change is shifting coastal regimes towards warmer climates with increasing seasonal
thermal variation. This thesis aimed at uncovering plasticity, from genes to phenotypes,
contributing to acclimatization and adaptation of the intertidal fish Pomatoschistus microps to
seasonal warming in two locations (Ria de Aveiro - RA and Tróia - TR).
Overall, environmental data showed that throughout the year, TR displayed higher mean and
maximum water temperatures and 2× the temperature amplitude when compared to RA.
Transcriptomics results showed 22 differentially expressed genes (DEGs) in fish livers between
spring vs. summer: 19 underexpressed and 3 overexpressed. Fish from RA displayed higher
number of DEGs (18 vs. 5 found in fish from TR) and only 1 DEG was common to both locations.
DEGs between seasons were related with energy metabolism, transcription regulation and immune
responses whereas differences between latitudes were related with protein ubiquitination and
apoptosis (in TR) vs immune response, transcription regulation and energy metabolism (in RA).
PPI networks showed 2 groups of interrelated genes jointly contributing to the regulation of gene
expression and energy metabolism. Biomarkers (i.e., glycogen, glucose and proteins),
histopathological index and Fulton’s K showed significant differences between locations in
summer, with TR displaying higher IBR index values in comparison to RA.
Results suggest that P. microps exhibited energy-saving mechanisms during periods of seasonal
warming by downregulating cellular metabolism, at the expense of other biological processes
including liver function (RA), detoxification and disease resistance (both RA and TR). Additionally,
P. microps populations utilize energy reserves differently in summer indicating either dietary
differences between locations or asynchronous development between populations in each season.
The findings show that thermal environment modulates physiological plasticity at the molecular
level, resulting in different phenotypes with specific adaptations to cope with different
environmental regimes and seasonal fluctuations.
As alterações globais estão a alterar regimes costeiros para climas mais quentes e variáveis. Esta tese visou descobrir a plasticidade (genes-fenótipos), importante na adaptação dos peixes Pomatoschistus microps ao aquecimento sazonal em duas latitudes (Ria de Aveiro - RA e Tróia - TR). Os peixes foram recolhidos na primavera vs. verão nos dois locais e dados de temperatura foram obtidos com sondas. Os fígados dos peixes foram usados em análises de trancriptómica, biomarcadores, histologia e condição. Os dados ambientais mostraram que TR apresentou temperaturas médias e máximas da água mais elevadas comparada com RA. O transcriptoma mostrou 22 genes diferencialmente expressos (GDEs) entre a primavera e o verão: 19 subexpressos e 3 sobreexpressos. Os peixes de RA mostraram um número mais elevado de GDEs. Os GDEs entre estações estavam relacionados com metabolismo energético, regulação de transcrição, e respostas imunitárias, enquanto as diferenças entre latitudes estavam relacionadas com ubiquitinação de proteínas, apoptose (TR), vs resposta imunitária, regulação de transcrição, metabolismo energético (RA). As redes PPI mostraram 2 grupos de genes importantes na regulação da transcrição e metabolismo energético. Os biomarcadores (glucose e proteínas), índice histopatológico e K de Fulton mostraram diferenças significativas entre locais no Verão, e TR teve valores mais elevados do índice IBR em comparação com RA. Os resultados sugerem que os P. microps exibiram mecanismos de poupança de energia durante os períodos de aquecimento sazonal pela subexpressão do metabolismo celular, à custa da função hepática (RA), destoxificação, e resistência a doenças (RA e TR). As populações de P. microps utilizam diferentes reservas energéticas no Verão, indicando diferenças alimentares ou desenvolvimento assíncrono entre populações em cada estação. Os resultados mostram que o ambiente térmico modula a plasticidade fisiológica a nível molecular, resultando em diferentes fenótipos com adaptações específicas para lidar com diferentes regimes ambientais e flutuações sazonais.
As alterações globais estão a alterar regimes costeiros para climas mais quentes e variáveis. Esta tese visou descobrir a plasticidade (genes-fenótipos), importante na adaptação dos peixes Pomatoschistus microps ao aquecimento sazonal em duas latitudes (Ria de Aveiro - RA e Tróia - TR). Os peixes foram recolhidos na primavera vs. verão nos dois locais e dados de temperatura foram obtidos com sondas. Os fígados dos peixes foram usados em análises de trancriptómica, biomarcadores, histologia e condição. Os dados ambientais mostraram que TR apresentou temperaturas médias e máximas da água mais elevadas comparada com RA. O transcriptoma mostrou 22 genes diferencialmente expressos (GDEs) entre a primavera e o verão: 19 subexpressos e 3 sobreexpressos. Os peixes de RA mostraram um número mais elevado de GDEs. Os GDEs entre estações estavam relacionados com metabolismo energético, regulação de transcrição, e respostas imunitárias, enquanto as diferenças entre latitudes estavam relacionadas com ubiquitinação de proteínas, apoptose (TR), vs resposta imunitária, regulação de transcrição, metabolismo energético (RA). As redes PPI mostraram 2 grupos de genes importantes na regulação da transcrição e metabolismo energético. Os biomarcadores (glucose e proteínas), índice histopatológico e K de Fulton mostraram diferenças significativas entre locais no Verão, e TR teve valores mais elevados do índice IBR em comparação com RA. Os resultados sugerem que os P. microps exibiram mecanismos de poupança de energia durante os períodos de aquecimento sazonal pela subexpressão do metabolismo celular, à custa da função hepática (RA), destoxificação, e resistência a doenças (RA e TR). As populações de P. microps utilizam diferentes reservas energéticas no Verão, indicando diferenças alimentares ou desenvolvimento assíncrono entre populações em cada estação. Os resultados mostram que o ambiente térmico modula a plasticidade fisiológica a nível molecular, resultando em diferentes fenótipos com adaptações específicas para lidar com diferentes regimes ambientais e flutuações sazonais.
Descrição
Palavras-chave
intertidal gobies fish populations thermal biology transcriptomics biomarkers histology