Study of the expression of different genes of long-chain polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) metabolism during the early paralarval development of the common octopus (Octopus vulgaris)

Dissertação de mestrado, Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências e Tecnologias, Universidade do Algarve, 2015

The common octopus, Octopus vulgaris, presents characteristics as high market price, high fecundity, short life cycle, rapid growth and high food conversion rates, which make this species a potential target for future aquaculture. However, two main problems have been pointed as the main causes for the high mortalities observed in the culture of this cephalopod: (i) the lack of standardized culture conditions and (ii) the absence of an appropriate diet that fulfil all the nutritional requirements of paralarvae. Particularly, the lack of a balance in lipid and fatty acid composition such as a deficiency in long-chain polyunsaturated fatty acid (LC-PUFA) has been pointed out as one of the main problems. Additionally, it has been proved that the early life stages of octopus paralarvae have high PUFA requirements. LC-PUFA are considered key factors for a suitable growth during planktonic life of octopus and are biosynthesized by enzymes called desaturases and elongases. In the present study, our main objective was to study the expression of the genes encoding for the Stearoyl-CoA Desaturase with Δ9 activity (Scd), the Fatty acyl desaturase with Δ5 activity (Fad) and the Elongases of Very Long-Chain fatty acids (Elovl5 and Elovl4), all them involved in the LC-PUFA metabolism. The expression of these genes has been analyzed through quantitative PCR (qPCR) from hatching on (day 0) and at days 5, 10, 15 and 20 of paralarval development. These specific genes are already characterized for the adult octopus. Our results revealed the presence of all these enzymes in paralarvae during all the studied period. Moreover, despite some exceptions, a tendency of an increase of the expression of these genes from day 0 to day 20 is observed. This could suggest that each enzyme is incorporated/biosynthesized when the development becomes more complex and/or when this endogenous biosynthesis capacity appears as a response to a poor diet, in order to fulfill the nutritional requirements. The high expression at day 0 observed in scd and elovl5 could also indicate that the activation of the zygote genome can occurs during the embryonic development of the common octopus, although further research will be necessary. In conclusion, this study elucidates and clarifies how these genes are expressed in octopus paralarvae during the first days of development. It will allow to fill the knowledge gaps that still exist on the culture of Octopus vulgaris, possibly contributing to reduce the high mortalities observed in the early paralarval development, and, at the same time, to help to identify the essential fatty acids for paralarvae stages.

O polvo comum, Octopus vulgaris, apresenta características como o alto preço no mercado, altas taxas de fecundidade, curto ciclo de vida, crescimento rápido e altas taxas de conversão de alimento, que fazem desta espécie um grande potencial para a aquacultura. Contudo, dois grandes problemas têm sido apontados como as principais causas para as altas mortalidades observadas no cultivo deste cefalópode: (i) a falta de condições padrão no seu cultivo e (ii) a ausência de uma dieta que complete todas as necessidades nutricionais desta paralarva. Particularmente, é observado uma falta de equilíbrio na composição de lípidos e ácidos gordos na dieta, como a deficiência em ácidos gordos polinsaturados de cadeia longa (AGP-CL). Para além disso, tem vindo a ser provado que os estádios primários das paralarvas de polvo apresentam grandes necessidades em ácidos gordos polinsaturados (AGP). Os ácidos gordos polinsaturados de cadeia longa são considerados fatores chave para um bom crescimento durante a vida plantónica do polvo e são biosintetizados por enzimas designadas de desaturases e elongases. O presente estudo teve como principal objectivos o estuda da expressão dos genes que codificam a Estearoil-CoA Dessaturase com actividade Δ9 (Scd), a dessaturase de ácido gordo com actividade Δ5 (Fad) e as Elongases de ácidos gordos de cadeia longa Elovl5 e Elovl4, envolvidos no metabolismo dos AGP-CL. A expressão destes genes foi analisada através de PCR quantitativo (qPCR) a partir da eclosão (dia 0) e aos dias 5, 10, 15 e 20 do desenvolvimento das paralarvas. Estes genes em específico já foram anteriormente caraterizados em polvo adulto. Os resultados revelaram a presença de todas as enzimas nas paralarvas durante o período de tempo estudado. Além disso, e salvo algumas exceções, é observado um aumento da expressão destes genes desde o dia 0 até ao dia 20. Sugere-se que esta tendência pode ser explicada pelo facto das enzimas serem incorporadas/biosintetizadas à medida que o desenvolvimento se torna mais complexo e/ou quando a capacidade endogena de biosintetizar estas enzimas pode aparecer como resposta a uma dieta nutricionalmente pobre, de forma a preencher as necesidades nutricionais destas paralarvas. Foi também verificada uma elevada expressão dos genes scd e elovl5 ao dia 0, podendo indicar a ativação do genoma do zigoto durante o periodo embrionário do polvo comum, embora seja necessária mais pesquisa nesta linha de investigação. Concluíndo, este estudo permitiu elucidar e clarificar como estes genes se expressam nas paralarvas de polvo durante os primeiros dia de desenvolvimento, podendo ajudar na identificação dos ácidos gordos essenciais de cada estádio das paralarvas. Ao mesmo tempo, veio aumentar o conhecimento do cultivo da espécie de polvo, Octopus vulgaris, contribuindo para reduzir as elevadas mortalidades observadas nos estádio iniciais de desenvolvimento das paralarvaras.