Indicateurs physiologiques de croissance et du métabolisme chez des poissons d'intérêt commercial : une approche transcriptomique

Martinez-Silva, Maria Angelica (2022). Indicateurs physiologiques de croissance et du métabolisme chez des poissons d'intérêt commercial : une approche transcriptomique. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 127 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : La transcriptomique est un outil puissant qui révèle de nouvelles informations sur la biologie des organismes. Dans l'industrie de l'aquaculture, il est essentiel de comprendre les mécanismes qui contrôlent le développement et la croissance pour améliorer la viabilité et la qualité des juvéniles. L'étude de la croissance est également importante dans le secteur des pêches, car la modélisation de la croissance est essentielle à la gestion des stocks de poissons économiquement importants. Le but de cette étude était d'explorer comment la transcriptomique peut apporter des informations sur les voies de régulation de la croissance et du métabolisme chez des téléostéens d'intérêt commercial pour l'aquaculture, en utilisant l'omble de fontaine Salvelinus fontinalis comme modèle, ou dans les pêches commerciales en utilisant Sebastes mentella. Chez l'omble de fontaine, nous avons utilisé la PCR en temps réel, méthode TaqMan, pour évaluer l'expression relative de 10 gènes cibles et de trois gènes de référence chez 96 juvéniles provenant de la souche Laval et d'une lignée en cours de sélection (pour une croissance forte chez les individus non sexuellement matures à 1+) ainsi qu'une lignée contrôle (croisements aléatoires, mais en évitant les croisements frères-sœurs). Chez les juvéniles de la lignée sélectionnée, les gènes impliqués dans l'axe hormone de croissance (GH)/facteur de croissance insulinique (IGF-1) étaient surexprimés, y compris l'igf-1r hypophysaire, le ghr-1 et l'igf-1 du foie ainsi que le ghr-1 et l'igf-1r du muscle ; ces changements dans l'expression des gènes ont permis d'améliorer la croissance (poids et longueur) des juvéniles issus du processus de sélection. Toutefois, les mêmes observations n'ont pas été faites lorsque l'on a comparé différents phénotypes de croissance au sein des familles. Dans ce cas, la régulation de l'appétit, y compris la surexpression du lepr, semble plutôt être le facteur expliquant les différences. Aucune différence n'a été constatée en examinant d'autres gènes impliqués dans le contrôle de l'appétit (grl, srifr) ou la croissance musculaire (mhc, myog). De grandes variations phénotypiques existent toujours dans la lignée sélectionnée, ce qui indique que le plein potentiel de sélection génétique n'a pas encore été atteint. La même approche que celle utilisée dans le contexte de l'aquaculture s'est révélée utile dans l'évaluation des effets environnementaux sur la croissance et le métabolisme des juvéniles de sébastes dans l'Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent (EGSL). En utilisant la même approche technique, sept gènes cibles et trois gènes de référence ont été évalués à sept sites de capture dans l'EGSL. Les expressions relatives d'igf-1 et de ldh étaient positivement corrélées avec le poids, tandis que celles de mhc, pk et cs étaient négativement corrélées. L'expression relative de cox et d'igf-1r a montré des corrélations négatives avec la température. Ces différences dans la régulation métabolique pourraient expliquer les disparités de taille trouvées chez S. mentella parmi les zones de l'EGSL. L'estuaire semble être la zone la moins propice à la croissance du sébaste atlantique, contrairement au détroit de Cabot, où les plus gros individus ont été capturés. Nous n'avons trouvé aucun indice d'effets de l'oxygène dissous, de la salinité ou de la profondeur sur la masse moyenne. Enfin, étant donné que la croissance de S. mentella est fortement positivement corrélée avec la température, cette étude suggère un avantage écologique pour cette espèce dans le contexte du réchauffement planétaire. L'un des principaux apports de cette thèse a été de mettre en évidence les différences associées à la régulation de la croissance (sélection vs phénotypes intra et inter familiaux). Le rôle de certains gènes associés au contrôle de l'appétit, en particulier le lepr, et comment son expression peut être associée à la performance individuelle et familiale est à souligner. Dans l'ensemble, les résultats suggèrent que l'expression de l'igf-1 hépatique et de l'igf-1r hépatique et musculaire chez l'omble de fontaine et le sébaste sont de bons indicateurs physiologiques de la croissance, tout comme le pk musculaire et le cox cardiaque pour le métabolisme chez le sébaste atlantique. Cette étude met en évidence comment la transcriptomique peut être utile dans la poursuite de différents objectifs de recherche, entre autres pour déterminer le rôle des différents stades endocriniens clés qui modulent la performance physiologique et pour étudier la croissance d'espèces dont les conditions d'habitat sont difficiles à reproduire en milieu expérimental, comme la profondeur ou la pression pour le sébaste atlantique. -- Mot(s) clé(s) en français : transcriptomique, expression de gènes, croissance, métabolisme, sélection, température. --
ABSTRACT : Transcriptomics is a powerful tool that reveals new information on the biology of organisms. In the aquaculture industry, understanding the mechanisms that control development and growth is essential for improving the viability and quality of juveniles. Studying growth is also important in fisheries since growth modeling is fundamental in the management of economically important fish stocks. The aim of this study was to explore how transcriptomics can reveal information on growth regulatory pathways and metabolism of teleosts that are of commercial interest in aquaculture, using brook charr Salvelinus fontinalis as a model, or in commercial fisheries, using the deepwater redfish Sebastes mentella. In brook charr, we used qPCR and TaqMan probes to evaluate the relative expression of 10 target genes and three references genes in 96 juveniles originating from the Laval strain and from one line undergoing selection (for absence of early sexual maturation and increased growth) as well as one control line (random crosses, but avoiding sibling crosses). In juveniles from the selected line, genes involved in the growth hormone (GH)/insulin growth factor (IGF-1) axis were overexpressed, including pituitary igf-1r, liver ghr-1, and igf-1 as well as muscle ghr-1 and igf-1r; these changes in gene expression resulted in the improved growth (weight and length) of juveniles resulting from the selection process. However, this was not true when comparing different growth performance phenotypes within families. In this case, appetite regulation, including the overexpression of lepr, would be the factor explaining the differences. No difference was found when looking at other genes involved in appetite control (grl, srifr) or muscle growth (mhc, myog). Large phenotypic variations still exist in the selected line, indicating that the potential for genetic selection has not yet been achieved. The same approach as that used in the aquaculture context was shown to be valuable in the assessment of environmental effects on the growth and metabolism of redfish juveniles in the Estuary and Gulf of St. Lawrence (EGSL). Using the same technical approach, seven target genes and three reference genes were evaluated at seven capture sites in the EGSL. The relative expressions of igf-1 and ldh were found to be positively correlated with weight, while mhc, pk, and cs were negatively correlated. The relative expression of cox and igf-1r showed negative correlations with temperature. These differences in metabolic regulation could explain the size disparities found in S. mentella among EGSL zones. The estuary appears to be the least suitable area for the growth of deepwater redfish unlike Cabot Strait, where the largest individuals were captured. We found no evidence of the effects of dissolved oxygen, salinity, or depth on average mass. Finally, given that S. mentella growth is strongly positively correlated with temperature, this study suggests an ecological advantage for this species in the context of global warming. One of the main findings of this work was to highlight the differences in the mode of growth regulation that may exist (selection vs. inter and intra familial phenotypes). The role of certain genes associated with appetite control, particularly lepr, and how its expression can be associated with individual and family performance is to be underlined. Overall, the results suggest that the expression of liver igf-1 and liver and muscle igf-1r in both brook charr and redfish are good physiological indicators of growth as are muscle pk and heart cox for metabolism in deepwater redfish. This study highlights how transcriptomics can be useful in pursuing different research goals, such as determining the role of different key endocrine stages modulating physiological performance as well as studying the growth of species whose habitat conditions are difficult to reproduce in experimental conditions, like the depth and pressure for deepwater redfish. -- Mot(s) clé(s) en anglais : transcriptomics, growth, appetite control, metabolism, selection, phenotype, temperature.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Audet, Céline
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Vagner, Marie
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de Philosophiae doctor.
Mots-clés :	Poissons; Ressources halieutiques; Pêche commerciale; Pisciculture; Aquaculture; Croissance; Métabolisme; Transcriptomique.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	21 juin 2022 18:53
Dernière modification :	21 juin 2022 18:53
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2058

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