Transient exposure to environmental estrogen affects embryonic development of brown trout (Salmo trutta fario).

Transient exposure of brown trout embryos from fertilization until hatch (70 days) to 17β-estradiol (E2) was investigated. Embryos were exposed to 3.8 and 38.0 ng/L E2 for 2h, respectively, under four scenarios: (A) exposure once at the day of fertilization (0 days post-fertilization, dpf), (B) once at eyeing stage (38 dpf), (C) weekly exposure until hatch or (D) bi-weekly exposure until hatch. Endpoints to assess estrogen impact on embryo development were fertilization success, chronological sequence of developmental events, hatching process, larval malformations, heart rate, body length and mortality. Concentration-dependent acceleration of development until median hatch was observed in all exposure scenarios with the strongest effect observed for embryos exposed once at 0 dpf. In addition, the hatching period was significantly prolonged by 4-5 days in groups receiving single estrogen exposures (scenarios A and B). Heart rate on hatching day was significantly depressed with increasing E2 concentrations, with the strongest effect observed for embryos exposed at eyeing stage. Estrogenic exposure at 0 dpf significantly reduced body length at hatch, not depending on whether this was a single exposure or the first of a series (scenarios A and D). The key finding is that even a single, transient E2 exposure during embryogenesis had significant effects on brown trout development. Median hatch, hatching period, heart rate and body length at hatch were found to be highly sensitive biomarkers responsive to estrogenic exposure during embryogenesis. Treatment effects were observable only at the post-hatch stage.

A spatial modelling framework for assessing climate change impacts on freshwater ecosystems: Response of brown trout (Salmo trutta L.) biomass to warming water temperature

Mountain regions worldwide are particularly sensitive to on-going climate change. Specifically in the Alps in Switzerland, the temperature has increased twice as fast than in the rest of the Northern hemisphere. Water temperature closely follows the annual air temperature cycle, severely impacting streams and freshwater ecosystems. In the last 20 years, brown trout (Salmo trutta L) catch has declined by approximately 40-50% in many rivers in Switzerland. Increasing water temperature has been suggested as one of the most likely cause of this decline. Temperature has a direct effect on trout population dynamics through developmental and disease control but can also indirectly impact dynamics via food-web interactions such as resource availability. We developed a spatially explicit modelling framework that allows spatial and temporal projections of trout biomass using the Aare river catchment as a model system, in order to assess the spatial and seasonal patterns of trout biomass variation. Given that biomass has a seasonal variation depending on trout life history stage, we developed seasonal biomass variation models for three periods of the year (Autumn-Winter, Spring and Summer). Because stream water temperature is a critical parameter for brown trout development, we first calibrated a model to predict water temperature as a function of air temperature to be able to further apply climate change scenarios. We then built a model of trout biomass variation by linking water temperature to trout biomass measurements collected by electro-fishing in 21 stations from 2009 to 2011. The different modelling components of our framework had overall a good predictive ability and we could show a seasonal effect of water temperature affecting trout biomass variation. Our statistical framework uses a minimum set of input variables that make it easily transferable to other study areas or fish species but could be improved by including effects of the biotic environment and the evolution of demographical parameters over time. However, our framework still remains informative to spatially highlight where potential changes of water temperature could affect trout biomass. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.-

Aplicació de mètodes genètics en l'avaluació de la gestió per a la conservació de poblacions de truita comuna, Salmo trutta

Durant anys, el principal mètode de gestió de les poblacions de truita comuna (Salmo trutta L.) ha estat la repoblació amb exemplars exògens. El seguiment genètic de les poblacions de truita comuna dels Pirineus orientals, realitzat en aquest tesi, indica que els al.lels procedents d'aquestes repoblacions estan conduint a una homogeneització de les poblacions naturals i a la pèrdua de la seva història evolutiva. D'aquí la importància de la detecció de la introgressió en el desenvolupament de noves estratègies de gestió i conservació de les poblacions d'aquesta espècie. En aquest treball, s'ha avaluat l'eficàcia de diferents marcadors i mètodes que ens ofereix la genètica de poblacions en la detecció de la introgressió present a les poblacions naturals. Alhora que s'ha analizat la influència que han tingut les reserves genètiques, aplicades amb posterioritat a les repoblacions, i que intenten equilibrar l'explotació i la conservació dels recursos genètics de les poblacions natives.

Diversitat genètica de la truita comuna (Salmo trutta L.) a la Península Ibèrica: biogeografia i gestió

L'estudi de la diversitat i la diferenciació genètiques de les poblacions de truita comuna (Salmo trutta L.) a la Península Ibèrica ha confirmat l'elevada diferenciació observada en treballs previs i la divergència, ja descrita, entre les poblacions de la vessant atlàntica i la mediterrània. El resultats obtinguts, però, ens permeten observar patrons d'estructura poblacional tant en les poblacions atlàntiques com les mediterrànies. A l'Atlàntic s'observa un marcat patró hidrogràfic en la distribució de la diferenciació genètica, que contrasta fortament amb la distribució d'aquesta diferenciació en les poblacions mediterrànies, caracteritzades pels contactes secundaris entre llinatges durant les expansions pleniglacials i una forta divergència local conseqüència de la seva marginalitat i aïllament en els períodes interglacials. El manteniment d'aquesta diferenciació i individualitat descrites en les poblacions de truita de la Península, es veu seriosament compromès per les contínues repoblacions dels rius amb exemplars exògens d'origen nord europeu. La substitució dels genomes autòctons per la introducció de gens al.lòctons provoca una erosió dels patrimonis genètics natius i una homogeneïtzació de les poblacions, destruint els patrons de diferenciació existents. Al mateix temps, els nostres resultats indiquen que les conseqüències de les repoblacions no són sempre les mateixes. Concretament, es constata un fracàs de les repoblacions en rius intensament repoblats i sotmesos a pesca intensiva, que contrasta amb una enorme erosió de les poblacions quan les repoblacions s'efectuen sobre àrees protegides i sense cap mena de pressió pesquera. Això suggereix que múltiples factors com la gestió dels rius posterior a les repoblacions, l'estat de les poblacions o les condicions de l'hàbitat són determinants de la introducció efectiva dels exemplars alliberats; fet que dificulta la predicció sobre actuacions particulars. Malgrat aquesta introgressió de gens exògens que es detecta en moltes de les poblacions analitzades, els gens natius predominen en gairebé tots els rius de la Península. La conservació d'aquesta elevada riquesa genètica que encara resta en les poblacions de truita de la Península Ibèrica ha de ser l'objectiu final de qualsevol programa de gestió. Per això, defensem una gestió basada en el propi riu mitjançant una pesca sostinguda per la reproducció natural de les poblacions salvatges, acompanyada d'una millora i recuperació d'hàbitats adequats per la truita, i evitant, per sobre de tot, la introducció en els rius d'exemplars exògens, degut als efectes nocius i incontrolables que comporta aquest procés.

Increased diversity of egg-associated bacteria on brown trout (Salmo trutta) at elevated temperatures.

The taxonomic composition of egg-associated microbial communities can play a crucial role in the development of fish embryos. In response, hosts increasingly influence the composition of their associated microbial communities during embryogenesis, as concluded from recent field studies and laboratory experiments. However, little is known about the taxonomic composition and the diversity of egg-associated microbial communities within ecosystems; e.g., river networks. We sampled late embryonic stages of naturally spawned brown trout at nine locations within two different river networks and applied 16S rRNA pyrosequencing to describe their bacterial communities. We found no evidence for a significant isolation-by-distance effect on the composition of bacterial communities, and no association between neutral genetic divergence of fish host (based on 11 microsatellites) and phylogenetic distances of the composition of their associated bacterial communities. We characterized core bacterial communities on brown trout eggs and compared them to corresponding water samples with regard to bacterial composition and its presumptive function. Bacterial diversity was positively correlated with water temperature at the spawning locations. We discuss this finding in the context of the increased water temperatures that have been recorded during the last 25 years in the study area.

Estudio de las variaciones espaciales y temporales de la diversidad genética de la trucha común, Salmo trutta, en ríos de la Península Ibérica

Se ha analizado las causas de la distribución espacial de la variabilidad genética del ADN mitocondrial en poblaciones de trucha común de la cuenca del Duero y de los Pirineos Orientales. En total se han analizado de novo 49 localidades, 13 en la cuenca del río Duero y 36 en los principales ríos del Pirineo oriental. Además se analizaron las fluctuaciones temporales en 14 de las localidades del Pirineo Oriental. Estudios previos indican un marcado contraste de los patrones de diversidad entre ambos territorios. En la cuenca del río Duero los análisis confirmaron la presencia de los dos linajes matriarcales descritos previamente, el linaje Atlántico (AT) y el linaje Duero (DU). Los análisis de la varianza molecular (AMOVA) siguiendo una jerarquía hidrográfica sugirieron una alta estructuración de las poblaciones coincidente con los patrones ictiológicos observados en la cuenca. El linaje DU parece haber estado presente permanentemente en la cuenca interior del Duero, mientras que las zonas más próximas a la desembocadura han padecido diversas colonizaciones de trucha del linaje AT, que reflejarían los cambios climáticos ocurridos en el Cuaternario. Se ha detectado una discrepancia en el límite entre ambos grupos definidos por genes nucleares (alozimas) y el ADN mitocondrial. Estas discrepancias pueden ser debidas a un efecto más severo de la deriva genética en el ADN mitocondrial que en los marcadores nucleares. Sin embargo, en este trabajo se han observado evidencias a favor de selección en el ADN mitocondrial del linaje DU que también explicaría estas discrepancias. El análisis más exhaustivo en las cuencas de los Pirineos orientales, permitió detectar nuevos haplotipos mitocondriales de los linajes Adriático (AD) y Mediterráneo (ME). En esta región, los AMOVAs confirmaron que las diferencias entre poblaciones dentro de río son más importantes que las diferencias entre ríos. No obstante se observó un patrón de aislamiento por distancia en toda la zona, reflejo de la estructuración de las poblaciones en la cuenca del río Ebro. Además, aunque los AMOVAs mostraron que el componente temporal de la variación es inferior al espacial, las fluctuaciones temporales en la comparación matriarcal de las poblaciones resultaron estadísticamente significativas. Estas fluctuaciones están asociadas tanto a la deriva genética como a procesos de flujo génico entre poblaciones próximas. Dentro de las cuencas, los componentes de diferenciación entre afluentes son, en general, superiores a los obtenidos dentro de cada afluente, patrón que parece estar extendido en la trucha común. Los estudios a escala microgeográfica en la Noguera Vallferrera y Noguera Cardós (afluentes del Noguera Pallaresa) reprodujeron este patrón de diferenciación. Los tamaños efectivos y la tasa de migración entre ambos ríos fueron similares a los descritos en poblaciones noratlánticas. Los tamaños efectivos de las hembras (Nef), calculados a partir del ADN mitocondrial fueron menos de la mitad del tamaño efectivo total tanto en la Noguera Vallferrera como en el resto de localidades pirenaicas estudiadas. Estos bajos tamaños efectivos de las hembras serían también responsables de las fluctuaciones temporales observadas. Los ejemplares repoblados parecen hibridar poco con los nativos, pero su presencia podría intensificar indirectamente los procesos de deriva genética y complicar la conservación de los patrimonios genéticos nativos. Con la salvedad de la existencia de selección que favorece a los haplotipos del linaje DU, los procesos poblacionales que regulan la distribución de la variabilidad genética en la cuenca del Duero y en los Pirineos Orientales podrían ser parecidos y caracterizados por la existencia de múltiples demes interconectados a lo largo del curso fluvial.

Filogeografia de la truita comuna (Salmo trutta) basada en la diversitat molecular del DNA mitocondrial

Les anàlisis realitzades en cent deu poblacions de truita comuna (Salmo trutta) que abarquen el seu rang natural de distribució indiquen que el patró filogenètic es relaciona amb les tres grans vessants on es troba distribuïda l'espècie: ponto-càspia, atlàntica i mediterrània. Aquesta diferenciació estaria associada a l'aïllament de les vessants durant el Quaternari. L'origen de l'espècie es relaciona amb la vessant ponto-càspia, d'acord amb els models biogeogràfics que postulen l'origen asiàtic de la ictiofauna europea. S'ha detectat també un segon nivell de divergència dins de cada vessant que dóna com a resultat l'existència de sis llinatges evolutius: Atlàntic i Duero a la vessant atlàntica, els llinatges Adriàtic, Mediterrani i Marmoratus als rius mediterranis, i el llinatge Danubi a la zona ponto-càspia. Les glaciacions del Pleistocè han modificat profundament el rang de distribució de la truita comuna, especialment a la vessant atlàntica, on s'han proposat quatre grans refugis glacials: a l'est de la capa de gel, a Europa central, a l'entorn del canal de la Mànega i a l'entorn del golf de Biscaia; tot i que només els tres primers haurien participat en la recolonització del nord d'Europa al final de l'última glaciació. El quart refugi, que inclou el sud de França i el Cantàbric hauria estat l'origen de l'expansió cap al sud durant el Pleistocè Superior d'un grup de poblacions distribuïdes actualment a la vessant atlàntica ibèrica, i també hauria servit de base per a l'expansió cap al nord d'altres grups de truita durant interglacials anteriors. A la vessant atlàntica de la peninsula Ibèrica, l'estructura poblacional es troba associada a la xarxa hidrogràfica i es determinen fins a cinc unitats poblacionals: les truites dels rius Cantàbrics, les del Miño, les del Duero, les del Tajo i les del Guadalquivir. Les poblacions del Guadalquivir pertanyerien a un grup d'influència mediterrània. Els marcadors d'al·lozims i de DNA mitocondrial es troben fortament correlacionats en aquesta vessant, on apunten cap als mateixos grups de poblacions. Per contra, els rius de la vessant mediterrània haurien estat colonitzats pels llinatges Adriàtic i Mediterrani i s'hauria produït una intensa intergradació secundària entre aquests llinatges durant els períodes glacials a partir de l'expansió de les poblacions retingudes a les capçaleres durant els interglacials. Els grups de hibridació, l'aïllament i la deriva en el període interglacial fa que els grups de poblacions identificats pels marcadors d'al·lozims i de DNA mitocondrial no coincideixin.

A natural freshwater origin for two chlamydial species, Candidatus Piscichlamydia salmonis and Candidatus Clavochlamydia salmonicola, causing mixed infections in wild brown trout (Salmo trutta)

Gill disease in salmonids is characterized by a multifactorial aetiology. Epitheliocystis of the gill lamellae caused by obligate intracellular bacteria of the order Chlamydiales is one known factor; however, their diversity has greatly complicated analyses to establish a causal relationship. In addition, tracing infections to a potential environmental source is currently impossible. In this study, we address these questions by investigating a wild brown trout (Salmo trutta) population from seven different sites within a Swiss river system. One age class of fish was followed over 18 months. Epitheliocystis occurred in a site-specific pattern, associated with peak water temperatures during summer months. No evidence of a persistent infection was found within the brown trout population, implying an as yet unknown environmental source. For the first time, we detected 'Candidatus Piscichlamydia salmonis' and 'Candidatus Clavochlamydia salmonicola' infections in the same salmonid population, including dual infections within the same fish. These organisms are strongly implicated in gill disease of caged Atlantic salmon in Norway and Ireland. The absence of aquaculture production within this river system and the distance from the sea, suggests a freshwater origin for both these bacteria and offers new possibilities to explore their ecology free from aquaculture influences.

Assessment of estrogenic exposure in brown trout (Salmo trutta) in a Swiss midland river: integrated analysis of passive samplers, wild and caged fish, and vitellogenin mRNA and protein

This field study examined the vitellogenin (VTG) biomarker response under conditions of low and fluctuating activities of environmental estrogenicity. The present study was performed on immature brown trout (Salmo trutta) exposed to the small river Luetzelmurg, which is located in the prealpine Swiss midland region and receives effluents from a single sewage treatment plant (STP). To understand better factors influencing the relationship between estrogenic exposure and VTG induction, we compared VTG levels in caged (stationary) and feral (free-ranging) fish, VTG levels in fish from up- and downstream of the STP, and two different methods for quantifying VTG (enzyme-linked immunosorbent assay vs real-time reverse transcription-polymerase chain reaction), and we used passive samplers (polar organic chemical integrative sampler [POCIS]) to integrate the variable, bioaccumulative estrogenic load in the river water over time. The POCIS from the downstream site contained approximately 20-fold higher levels of bioassay-derived estrogen equivalents than the POCIS from the upstream site. In feral fish, this site difference in estrogenic exposure was reflected in VTG protein levels but not in VTG mRNA. In contrast, in caged fish, the site difference was evident only for VTG mRNA but not for VTG protein. Thus, the outcome of VTG biomarker measurements varied with the analytical detection method (protein vs mRNA) and with the exposure modus (caged vs feral). Our findings suggest that for environmental situations with low and variable estrogenic contamination, a multiple-assessment approach may be necessary for the assessment of estrogenic exposure in fish.

Sea lice (Lepeophtheirus salmonis) and anchor worms (Lernaea cyprinacea) found on sea trout (Salmo trutta) in the River Minho catchment, an important area for conservation in NW Spain

Acknowledgements The authors would like to thank M. N. Cueto and J. M. Antonio (ECOBIOMAR) for molecular analysis and technical support. K. MacKenzie (University of Aberdeen) and A. Roura (ECOBIOMAR) assisted with the taxonomic identification of parasites. We are also grateful to P. Caballero (Service Nature Conservation of the Xunta de Galicia) for fish sampling support.

Male dominance linked to size and age, but not to 'good genes' in brown trout (Salmo trutta).

BACKGROUND: Males that are successful in intra-sexual competition are often assumed to be of superior quality. In the mating system of most salmonid species, intensive dominance fights are common and the winners monopolise most mates and sire most offspring. We drew a random sample of mature male brown trout (Salmo trutta) from two wild populations and determined their dominance hierarchy or traits linked to dominance. The fish were then stripped and their sperm was used for in vitro fertilisations in two full-factorial breeding designs. We recorded embryo viability until hatching in both experiments, and juvenile survival during 20 months after release into a natural streamlet in the second experiment. Since offspring of brown trout get only genes from their fathers, we used offspring survival as a quality measure to test (i) whether males differ in their genetic quality, and if so, (ii) whether dominance or traits linked to dominance reveal 'good genes'. RESULTS: We found significant additive genetic variance on embryo survival, i.e. males differed in their genetic quality. Older, heavier and larger males were more successful in intra-sexual selection. However, neither dominance nor dominance indicators like body length, weight or age were significantly linked to genetic quality measured as embryo or juvenile survival. CONCLUSION: We found no evidence that females can improve their offspring's genetic viability by mating with large and dominant males. If there still were advantages of mating with dominant males, they may be linked to non-genetic benefits or to genetic advantages that are context dependent and therefore possibly not revealed under our experimental conditions - even if we found significant additive genetic variation for embryo viability under such conditions.

Pathogen-induced hatching and population-specific life-history response to water-borne cues in brown trout (Salmo trutta)

Hatching is an important niche shift, and embryos in a wide range of taxa can either accelerate or delay this life-history switch in order to avoid stage-specific risks. Such behavior can occur in response to stress itself and to chemical cues that allow anticipation of stress. We studied the genetic organization of this phenotypic plasticity and tested whether there are differences among populations and across environments in order to learn more about the evolutionary potential of stress-induced hatching. As a study species, we chose the brown trout (Salmo trutta; Salmonidae). Gametes were collected from five natural populations (within one river network) and used for full-factorial in vitro fertilizations. The resulting embryos were either directly infected with Pseudomonas fluorescens or were exposed to waterborne cues from P. fluorescens-infected conspecifics. We found that direct inoculation with P. fluorescens increased embryonic mortality and induced hatching in all host populations. Exposure to waterborne cues revealed population-specific responses. We found significant additive genetic variation for hatching time, and genetic variation in trait plasticity. In conclusion, hatching is induced in response to infection and can be affected by waterborne cues of infection, but populations and families differ in their reaction to the latter.

Temperature-induced sex reversal is not responsible for sex-ratio distortions in grayling Thymallus thymallus or brown trout Salmo trutta.

On the basis of the experiments carried out over various years, it was concluded that (1) grayling Thymallus thymallus and brown trout Salmo trutta are resistant to temperature-induced sex reversal at ecologically relevant temperatures, (2) environmental sex reversal is unlikely to cause the persistent sex ratio distortion observed in at least one of the study populations and (3) sex-specific tolerance of temperature-related stress may be the cause of distorted sex ratios in populations of T. thymallus or S. trutta.

Testing the effects of genetic crossing distance on embryo survival within a metapopulation of brown trout (Salmo trutta)

Predicting progeny performance from parental genetic divergence can potentially enhance the efficiency of supportive breeding programmes and facilitate risk assessment. Yet, experimental testing of the effects of breeding distance on offspring performance remains rare, especially in wild populations of vertebrates. Recent studies have demonstrated that embryos of salmonid fish are sensitive indicators of additive genetic variance for viability traits. We therefore used gametes of wild brown trout (Salmo trutta) from five genetically distinct populations of a river catchment in Switzerland, and used a full factorial design to produce over 2,000 embryos in 100 different crosses with varying genetic distances (FST range 0.005-0.035). Customized egg capsules allowed recording the survival of individual embryos until hatching under natural field conditions. Our breeding design enabled us to evaluate the role of the environment, of genetic and nongenetic parental contributions, and of interactions between these factors, on embryo viability. We found that embryo survival was strongly affected by maternal environmental (i.e. non-genetic) effects and by the microenvironment, i.e. by the location within the gravel. However, embryo survival was not predicted by population divergence, parental allelic dissimilarity, or heterozygosity, neither in the field nor under laboratory conditions. Our findings suggest that the genetic effects of inter-population hybridization within a genetically differentiated meta-population can be minor in comparison to environmental effects.