Chemical communication in the Mozambique tilapia: a role for amino acids

The Mozambique tilapia (Oreochromis mossambicus) is a maternal mouthbrooding cichlid from the southern Africa. The olfactory sensitivity of the species to 20 amino acids was assessed using the electro-olfactogram (EOG). We estimated whether the olfactory potency of the polar fraction of male urine can be explained by the presence of identified amino acids. In addition, filtrate and amino acid mixture of the urine of Nile tilapia were used to estimate their olfactory potency for O.mossambicus. Finally, concentrations of the main amino acids were measured in the urine of males of different social status and the correlations between amino acid concentration and hierarchical status were explored. L-cysteine, L-glutamine and L-threonine were the most potent stimuli at M while L-proline and L-aspartate were the least potent. Four groups of amino acids were identified according to their thresholds of detection and three groups – according to the similarity of their ɣ-factors. The estimated threshold of detection for O.mossambicus mixture was higher than that for the filtrate. On the contrary, the threshold of detection for the mixture of Nile tilapia was lower than that for the filtrate The concentration of L-arginine in the urine was positively correlated with fish dominance index. Both L-arginine and L-glutamic acid concentrations had much greater variability in dominant males (DI˃0.5) than in subordinate males (DI˂0.5). The urinary concentrations of L-phenylalanine had similar variability in dominant and subordinate groups. The Mozambique tilapia has olfactory sensitivity to all twenty amino acids tested. The fish showed more acute sensitivity to conspecific urine filtrate than to the heterospecific. Olfactory potency of O.mossambicus filtrate can be largely but not fully explained by the presence of L-arginine, L-glutamic acid and L-phenylalanine. Larginine and L-glutamic acid may indicate the dominance status of the fish and, possibly, individual identity.

A tilápia de Moçambique (Oreochromis mossambicus) é um ciclídeo africano que apresenta incubação bucal maternal, e que se encontra naturalmente distribuída em cursos de água no sul de África. Os machos dominantes apresentam grandes bexigas urinárias, que têm a capacidade de armazenar uma quantidade substancialmente superior do urina do que a das fêmeas, que é libertada em contexto apropriado (cortejo ou agressividade macho-macho). Demonstrou-se que os machos são capazes de diferenciar o odor de fêmeas em processo pré-ovulatório das que estão em processo pós-ovulatório, o que provoca um aumento do processo de libertação de urina em machos; e que os machos dominantes apresentam uma urina com maior potência olfativa do que a de outros machos (subordinados). Isto sugere que a urina poderá ter um papel importante na comunicação química entre elementos desta espécie. Pesquisas anteriores efetuadas no nosso laboratório identificaram um esteroide glicurónico na urina de machos, e que age como feromona (endócrino) em fêmeas. Este composto pode representar a maior parte da potência olfativa da parte nãopolar da urina, e a concentração do mesmo poderá estar positivamente correlacionada com a dominância dos machos. No entanto, a fração polar também contém odoríferos. Porém, estão ainda por identificar os compostos responsáveis pela potência olfativa nesta fração. Esta investigação tem como objetivo estabelecer quais poderão ser os aminoácidos responsáveis pela potência olfativa na parte polar da urina de tilápia de Moçambique. O primeiro passo realizado foi verificar a sensibilidade olfativa da tilápia de Moçambique a 20 aminoácidos, usando para tal um electro-olfactograma (EOG). O segundo passo foi identificar os aminoácidos presentes na urina nos machos de tilápia de Moçambique. Como terceiro passo, estimamos se a potência olfativa da fração polar da urina dos machos poderá ser explicada por esses aminoácidos, ou se outros odoríferos – ainda não identificados – estão também presentes; adicionalmente, um filtrado de urina e uma mistura artificial de aminoácidos de urina de tilápia do Nilo (uma espécie filogeneticamente próxima da tilápia de Moçambique) foram usadas para verificar a sua potência em O. mossambicus, e para comparar os resultados obtidos para as duas espécies de tilápia. Finalmente, mediu-se a concentração de aminoácidos na urina de machos provenientes de diferentes estratos sociais, para explorar possíveis correlações entre a concentração de aminoácidos na urina e a hierarquia dos machos na sociedade. Como resultado, os aminoácidos L-cisteína, L-glutamina e L-treonina produziram o estímulo mais potente na concentração mais alta testada ( M), e os aminoácidos L-prolina e L-aspartato foram os que produziram o estímulo menos potente em O. mossambicus. Para identificar os aminoácidos presentes na urina dos machos dominantes, as amostras de urina foram submetidas a um processo de derivatização, e a concentração de aminoácidos foi calculada através de cromatografia gasosa e espectroscopia de massa (GC-MS). O mesmo processo foi aplicado para quantificar os aminoácidos predominantes (L-arginina, L-ácido glutâmico e L-fenilalanina) na urina de machos originários de diferentes estratos sociais. Entre os três aminoácidos mencionados acima, o mais abundante na urina de machos dominantes de tilápia de Moçambique foi a L-arginina, com a potência olfativa mais alta ( M). Quatro grupos de aminoácidos (a, b, c, d) foram identificados de acordo com os seus limites de deteção, e três outros grupos foram identificados pela similaridade dos seus fatores ɣ. Os aminoácidos de natureza básica obtiveram os limites de deteção mais baixos, e os que continham grupos imino ou grupos acídicos apresentaram menor potência. Os aminoácidos de natureza básica geralmente apresentavam também valores mais baixos de fatores ɣ que os aminoácidos de outras classes. Por oposição, os fatores ɣ dos odoríferos das classes acídicas e hidroxilo eram geralmente altas. A potência olfativa do filtrado de urina de O. mossambicus foi significativamente mais alta do que a da mistura artificial de aminoácidos, preparada com base na concentração de aminoácidos previamente identificada na urina da pool de machos dominantes por GC-MS. O limite de deteção estimado para a mistura de urina de O. mossambicus foi obtido para uma diluição de , e para o filtrado de urina foi de . A comparação estatística da potência olfativa entre o filtrado de urina de tilápia de Moçambique e a mistura artificial de aminoácidos de urina de tilápia do Nilo identificaram que o limite de deteção para a mistura (diluição a ) era inferior ao filtrado (diluição a ). Os fatores ɣ não foram estatisticamente diferentes nem para a mistura e filtrado de urina de O. mossambicus, nem para a mistura ou filtrado de urina de O. niloticus. O filtrado de urina de tilápia do Nilo foi menos potente para o sistema olfativo de tilápia de Moçambique que o filtrado coespecífico (Limites de diluição de e , correspondentemente). A concentração de L-arginina na urina foi positivamente correlacionada com o índice de dominância dos peixes (R=0.495; P˂0.05).O aminoácido L-arginina estava presente em concentrações substancialmente mais altas na urina de machos dominantes, em relação aos grupos intermédio e subordinado. Este apresentava também uma maior variabilidade de concentrações em machos dominantes (DI˃0.5), do que em machos subordinados (DI˂0.5). De maneira similar ao aminoácido L-arginina, as concentrações de L-ácido glutâmico apresentaram também uma maior variabilidade de concentrações em machos dominantes do que em machos subordinados. No entanto, não se verificou nenhuma correlação com a dominância (R=0.399; P=0.0657). A concentração na urina de L-fenilalanina apresentar uma variabilidade similar nos grupos de machos dominantes e machos subordinados, e não apresenta correlação com o índice de dominância (R= -0.385, P=0.0769). Em todos os grupos as concentrações de L-fenilalanina na urina foram inferiores às de L-arginina e Lácido glutâmico. Podemos então concluír que: 1. A tilápia de Moçambique tem sensitividade olfativa aos vinte aminoácidos essenciais e não-essenciais, mas a capacidade e habilidade dos aminoácidos para provocarem uma resposta olfativa aguda através de mudanças na sua concentração são diferentes entre si. 2. A tilápia de Moçambique tem uma maior sensitividade ao filtrado de urina coespecífica, do que ao filtrado heteroespecífico de tilápia do Nilo. A potência olfativa do filtrado de O. mossambicus pode ser largamente, mas não completamente, explicada pela presença de determinados aminoácidos (L-arginina, L-ácido glutâmico e L-fenilalanina). No entanto, outros compostos odoríferos polares deverão também estar presentes. 3. Os aminoácidos L-arginina e L-ácido glutâmico são componentes importantes do odor da urina do macho de tilápia de Moçambique, e poderão indicar o status de dominância do peixe na comunidade e definir, possivelmente, a sua identidade individual.

Universidade do Algarve, Faculdade de Ciência e Tecnologia