Ecological niche modeling, cytogenetics and phylogeography of the genera Geomalacus and Letourneuxia (Gastropoda, Pulmonata) from the Iberian-Moroccan region

First described more that 150 years ago, the systematics of the genera Geomalacus and Letourneuxia (Arionidae, Gastropoda, Pulmonata) is still challenging. The taxonomic classification of arionid species is based on extremely labile characters such as body size or color that depends both on diet and environment, as well as age. Moreover, there is little information on the genetic diversity and population structure of the Iberian slugs that could provide extra clues to disentangle their problematic classification. The present work uses different analytical tools such as habitat suitability (Ecological Niche Modeling - ENM), cytogenetic analysis and phylogeography to establish the geographical distribution and evolutionary history of these pulmonate slugs. The potential distribution of the four Geomalacus species was modeled using ENM, which allowed the identification of new locations for G. malagensis, including a first report in Portugal. Also, it was predicted a much wider distribution for G. malagensis and G. oliveirae than previously known. Classical cytogenetic analyses were assayed with reproductive and a novel use of somatic tissues (mouth and tentacles) returning the number of chromosomes for the four Geomalacus species and L. numidica (n = 31, 2n = 62) and the respective karyotypes. G. malagensis and L. numidica present similar chromosome morphologies and karyotypic formulae, being more similar to each other than the Geomalacus among themselves. We further reconstructed the phylogeny of the genera Geomalacus and Letourneuxia using partial sequences of the mitochondrial cytochrome oxidase subunit I (COI) and the nuclear ribosomal small subunit (18S rRNA), and applied an independent evolutionary rate method, the indicator vectors correlation, to evaluate the existence of cryptic diversity within species. The five nominal species of Geomalacus and Letourneuxia comprise 14 well-supported cryptic lineages. Letourneuxia numidica was retrieved as a sister group of G. malagensis. G. oliveirae is paraphyletic with respect to G. anguiformis. According to our dating estimates, the most recent common ancestor of Geomalacus dates back to the Middle Miocene (end of the Serravallian stage). The major lineage splitting events within Geomalacus occurred during the dry periods of the Zanclean stage (5.3-3.6 million years) and some lineages were confined to more humid mountain areas of the Iberian Peninsula, which lead to a highly geographically structured mitochondrial genetic diversity. The major findings of this are the following: (1) provides updated species distribution maps for the Iberian Geomalacus expanding the known geographic distribution of the concerned species, (2) unravels the cryptic diversity within the genera Geomalacus and Letourneuxia, (3) Geomalacus oliveirae is paraphyletic with G. anguiformis and (4) Letourneuxia numidica is sister group of G. malagensis.

Evolution, gene regulation and functional analysis of BMP2 in fish

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are multifunctional growth factors belonging to the transforming growth factor β (TGFβ) superfamily with a central role in bone formation and mineralization. BMP2, a founding member of this family, has demonstrated remarkable osteogenic properties and is clinically used to promote bone repair and fracture healing. Lack of basic data on factors regulating BMP2 expression and activity have hampered a better understanding of its role in bone formation and bone-related diseases. The objective of this work was to collect new functional data and determine spatiotemporal expression patterns in a fish system aiming towards a better understanding of BMP2 function and regulation. Transcriptional and post-transcriptional regulation of gilthead seabream BMP2 gene was inferred from luciferase reporter systems. Several bone- and cartilage-related transcription factors (e.g. RUNX3, MEF2c, SOX9 and ETS1) were found to regulate BMP2 transcription, while microRNA 20a was shown to affect stability of the BMP2 transcript and thus the mineralogenic capacity of fish bone-derived host cells. The regulation of BMP2 activity through an interaction with the matrix Gla protein (MGP) was investigated in vitro using BMP responsive elements (BRE) coupled to luciferase reporter gene. Although we demonstrated the functionality of the experimental system in a fish cell line and the activation of BMP signaling pathway by seabream BMP2, no conclusive evidence could be collected on a possible interaction beween MGP and BMP2. The evolutionary relationship among the members of BMP2/4/16 subfamily was inferred from taxonomic and phylogenetic analyses. BMP16 diverged prior to BMP2 and BMP4 and should be the result of an ancient genome duplication that occurred early in vertebrate evolution. Structural and functional data suggested that all three proteins are effectors of the BMP signaling pathway, but expression data revealed different spatiotemporal patterns in teleost fish suggesting distinct mechanisms of regulation. In this work, through the collection of novel data, we provide additional insight into the regulation, the structure and the phylogenetic relationship of BMP2 and its closely related family members.

Caracterização de óleos especialmente ricos em ácidos gordos essenciais e ensaio preliminar da sua potencial aplicação em piscicultura

Tese de doutoramento, Biologia, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2001

Bycatch and discards of commercial trawl fisheries in the south coast of Portugal

Bycatch and discards are a cause of great concern in commercial world fisheries, with important ecological, economic and conservation implications. With the recent inclusion of a discards ban (‘landing obligation’), in the reform of the EU CFP, these issues have gained a tremendous attention from the economic, scientific, political and social point of view. Demersal trawl fisheries off the southern coast of Portugal capture an extraordinary diversity of species and generate considerable amounts of bycatch and discards. Bycatch includes commercially valuable target-species and bycatch species with low or no commercial value, but the great majority consists of unmarketable species, that are discarded. Bony fishes are dominant in bycatch and discards and the most discarded are of low or no commercial value. The reasons for discarding are fundamentally economic in nature (lack of commercial value) for bycatch species, and legal and administrative (legal minimum landing size) for commercially important species. The study of the reproductive biology of Galeus melastomus, discarded by crustacean trawls, suggests that a minimum landing size should be established for this species, and explains the importance of such a study in the assessment and management of fisheries. The discovery of a new species of the ray Neoraja iberica n. sp. contributes to the knowledge of the local marine biodiversity in Portuguese waters and of the global marine biodiversity. The three cases of abnormal hermaphroditism recorded in Etmopterus spinax, are the first cases known to date of hermaphroditism in this species. There is a need to find solutions to the problem of bycatch and discards of trawl fisheries in the Algarve coast. A combination of technical, regulatory and economic measures to minimize bycatch and reduce discards, before implementing a ‘landing obligation’, is thought to be the best approach to apply in the southern Portuguese multispecies trawl fisheries.

Neuroendocrinologia do comportamento social no ciclídeo africano Oreochromis mossambicus: mecanismos reguladores e modulação social da reprodução

A reprodução em teleósteos é controlada pelo eixo hipotálamo-pituitária-gónada (HPG) que modula a gametogénese, o desenvolvimento dos caracteres secundários e a expressão do comportamento reprodutor. A informação sobre fatores endógenos e exógenos é integrada no cérebro e a atividade do eixo HPG é regulada, fazendo com que traços comportamentais sejam expressos no momento e no contexto certos. Fatores exógenos relacionados com condições físicas do ambiente (e.g. temperatura e fotoperíodo) têm o papel principal no controlo da reprodução. No entanto, o estatuto social e o contexto social têm sido menos estudados. Mecanismos hormonais e neuroendócrinos são muito conservados ao longo dos vertebrados, fazendo dos peixes um bom modelo para o estudo da endocrinologia do comportamento. Os objetivos gerais deste trabalho consistem em determinar de que forma o contexto social interfere na expressão do comportamento e o papel de mecanismos hormonais e neuroendócrinos nesse processo, sendo abordados dois mecanismos, os androgénios e os neuropéptidos arginina vasotocina (AVT) e Isotocina (IT), dando-se especial relevância à AVT. A tilápia moçambicana (Oreochromis mossambicus) foi o modelo usado. A a sua biologia é bem conhecida, é muito adaptável a condições artificiais, e que tem uma importância económica crescente. Esta espécie possui um sistema social elaborado, com machos a organizarem-se em arenas reprodutoras, onde escavam depressões no substrato, para as quais atraem as fêmeas para a reprodução. Todos os trabalhos apresentados nesta dissertação tiveram como como sujeito focal o macho. Esta tese está organizada quatro capítulos. No capítulo I- Introdução geral, é apresentada uma revisão da literatura relevante para enquadrar o presente trabalho. Os capítulos II e III englobam os 4 artigos científicos que foram redigidos, denominados de artigo 1 a 4, consoante a ordem em que são apresentados na tese. O capítulo II, intitulado “Modulação social da reprodução”, é apresentado um estudo (artigo 1) que aborda o efeito do ambiente social no comportamento e no estado fisiológico da tilápia moçambicana. Com este trabalho pretendia-se perceber qual o efeito do contexto de instabilidade social nos níveis plasmáticos hormonais e a influência destes contextos na criação de padrões de comportamento. Gerou-se com sucesso um cenário de instabilidade social, através da substituição de machos dominantes entre replicados, por oposição ao contexto social estável em que os animais foram retirados e reintroduzidos no mesmo aquário. Em contexto social instável verificou-se tal como esperado, um aumento do comportamento agonístico. Apesar da agressividade não ter sido acompanhada pelo aumento dos níveis hormonais, os resultados sugerem que os androgénios funcionam como fator de reforço da integração na criação de padrões comportamento em contexto social instável, mostrando assim uma otimização do comportamento em períodos de instabilidade social. No capítulo III, intitulado “Mecanismos reguladores do comportamento social”, são apresentados três artigos e foi dividido em duas secções. Na primeira é abordado o papel dos androgénios (artigo 2) e na segunda o papel da AVT e IT (artigo 3 e 4) na regulação do comportamento social. Em relação ao estudo do papel dos androgénios (artigo 2), pretendeu-se estudar o efeito da falta de androgénios em circulação na exibição do comportamento agonístico e reprodutor. Para tal, procedeu-se à castração de machos de tilápia. A remoção integral das gónadas baixou os níveis de androgénios em cerca de 90% para a testosterona e quase 100% para 11KT e provocou uma completa abolição do comportamento reprodutor (construção do ninho, coloração nupcial e corte), no entanto o comportamento agonístico não foi afetado. Revelou-se desta forma que o mecanismo de regulação do comportamento reprodutor e agonístico é diferente, com os androgénios como agentes mediadores do comportamento reprodutor e moduladores do comportamento agonístico, uma vez que a literatura existente relaciona os androgénios com o comportamento agonístico nesta espécie. O estudo da regulação da AVT e IT em função do estatuto social foi efetuado com duas abordagens diferentes, resultando em dois artigos científicos (artigo 3 e 4). A primeira tinha como objetivo perceber se a AVT e IT estava distribuída por todo o cérebro em quantidades mensuráveis ou apenas em alguma área específica, além de perceber qual a diferença dos níveis cerebrais e glândula pituitária entre machos dominantes e subordinados. Procedeu-se ao doseamento da AVT e IT no cérebro através de cromatografia de fase líquida (high performance liquid cromatography, HPLC) em machos dominantes e subordinados (com o estatuto estabilizado há pelo menos 5 semanas). O cérebro foi dividido em 7 áreas [bolbos olfativos, telencéfalo, teto ótico, diencéfalo, cerebelo, rombencéfalo e pituitária (considerada como área cerebral para efeitos comparativos)]. Verificou-se que a área que apresentou uma maior concentração de neuro péptidos (AVT e IT) foi a pituitária, seguida dos bolbos olfactivos e finalmente as restantes áreas. A existência destes neuropéptidos no bolbo olfactivo sugere que a AVT e IT estão implicadas no mecanismo de reconhecimento social. Esta relação tem particular importância para esta espécie uma vez que a Tilápia usa o mecanismo do olfacto, por exemplo para o reconhecimento do estado reprodutivo das fêmeas. Machos subordinados apresentaram concentrações de AVT superiores na pituitária, o que sugere a influência da AVT num processo fisiológico específico relacionado com a subordinação. Uma vez que machos subordinados armazenam menos urina do que machos dominantes (machos dominantes armazenam grandes quantidades de urina que libertação de forma pulsátil, de forma dependente do contexto, aumentando o número de pulsos na presença de machos rivais ou fêmeas pré-ovuladas). A AVT pode estar a exercer um efeito antidiurético nos machos subordinados diminuindo assim a produção de urina. Machos dominantes apresentaram valores superiores de IT no rombemcéfalo, sugerindo que a isotocina pode estar relacionada com o comportamento social em dominantes. Para avaliar o efeito do estatuto na organização dos grupos neuronais produtores de AVT (situados na área pré-ótica) foram criadas condições semelhantes à situação anterior, neste caso foram contabilizados os neurónios imunorreativos à AVT na área pré-ótica e medida a área dos corpos celulares em machos dominantes, subordinados e fêmeas. Os grupos neuronais da área pré-ótica são constituídos por células parvocelulares (pPOA), magnocelulares (mPOA) e gigantocelulares (gPOA). A literatura relaciona uma maior expressão de células pPOA em machos subordinados e gPOA em dominantes, no entanto os resultados do artigo 4 mostraram que machos subordinados aumentaram a área dos corpos celulares de todos os grupos neurais, e todos os grupos apresentam projeções para pituitária (apesar de projetarem para outra áreas) sugerindo que este aumento generalizado do tamanho das células implica um aumento da produção de AVT direcionada para a pituitária. As células (principalmente a área dos corpos celulares) correlacionaram-se negativamente com o comportamento agressivo e positivamente com o comportamento de fuga, sugerindo uma inibição geral do comportamento reprodutor e agonístico em machos subordinados. O tamanho das células mPOA está inversamente associado ao peso do rim o que sugere um efeito deste grupo neural no rim provavelmente implicado no mecanismo antidiurético em machos subordinados.

Identification and molecular characterization of bone-related micrornas: functional implications

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014

Cloning of the Bone Gla Protein gene from the teleost fish Sparus aurata (gilthead seabream). Molecular organization, developmental appearance and evolutionary implications

Tese de Doutoramento, Biologia Molecular, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2001

Controle hormonal da diferenciação e inversão sexual na dourata Sparus aurata (L.)

Tese de Doutoramento, Biologia Marinha, Unidade de Ciências e Tecnologias dos Recursos Aquáticos, Universidade do Algarve, 2001

Caracterização não-invasiva da morfologia e fisiologia cardíaca de Halobatrachus didactylus: aplicação da ecocardiografia

Tese de Doutoramento, Biologia, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2001

Effects of mixture of nanoparticles under different salinity in the clams Ruditapes philippinarum and Ruditapes decussatus

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidadde do Algarve, 2015

Relatório de atividade profissional

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Contamination of farmed gilthead sea bream (Sparus aurata, Linnaeus, 1758) by the parasite Amyloodinium ocellatum: a proteomic approach

Dissertação de mestrado, Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Uniersidade do Algarve, 2015

Comparing Zostera and Spartina environments in relation to carbon burial: a sedimentary and geochemical approach from Ria Formosa

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Assemblage structure and secondary production of mesozooplankton in shallow water volcanic CO2 vents of the Azores

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Spatial and temporal variation of commercially important bivalve species in the Algarve coast, Portugal

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015