In marine teleosts that spawn pelagic eggs (pelagophils), the process of oocyte hydration that occurs during meiosis resumption is a key physiological process for the survival of the eggs in the ocean. Previous studies have discovered the role of a teleost-specific aquaporin water channel (Aqp1b) during fish oocyte hydration, but direct experimental evidence for the function of Aqp1b in oocytes is still lacking. In addition, the molecular regulation of the Aqp1b-mediated mechanism remains poorly understood. In this context, the main objectives of the present thesis were to investigate the evolutionary origin of aqp1ab in teleosts, to provide functional evidence of the role of Aqp1b during oocyte hydration, and to begin to dissect the molecular mechanisms involved in the transcriptional regulation of aqp1b in the oocyte of marine teleosts. By integrating the molecular phylogeny with synteny and structural analyses we show that the teleost aqp1aa and -1ab paralogs (previously annotated as aqp1a and -1b, respectively) arose by tandem duplication, and that the Aqp1ab C-terminus is the most rapidly evolving subdomain within the vertebrate aquaporin superfamily. The functional role of Aqp1ab was investigated in Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus), a marine acanthomorph teleost that spawns one of the largest pelagic eggs known. Using immunological inhibition of Aqp1ab in halibut oocytes and artificial expression of the halibut paralog Aqp1aa, we demonstrate that Aqp1ab is required for full hydration of oocytes undergoing meiotic maturation. To investigate the aqp1ab transcriptional regulation in oocytes, we isolated the 5’-flanking region of the gilthead seabream (Sparus aurata) aqp1ab gene which contains regulatory cis-elements for the nuclear progestin receptor (Pgr) and SOX transcription factors. The Pgr, as well as sox3 and -8b transcripts, are co-expressed in seabream oo-gonia, whereas in primary growth oocytes, when aqp1ab mRNA and protein are synthesized, the Pgr is translocated into the nucleus. In contrast, sox9b is highly expressed in more advanced oocytes showing the depletion of aqp1ab transcripts. In the seabream, four different pgr transcript variants are expressed in primary growth ovaries which are generated by alternative pre-mRNA splicing. Seabream wild-type Pgr shows the highest transactivation response to progestins such as 17α,20β-dihydroxy-4-pregnen-3-one (17,20β-P) and 17α,20β,21-trihydroxy-4-pregnen-3-one (17,20β,21-P), whereas two of the N-terminally truncated Pgr isoforms regulate novel nuclear and cytosolic mechanisms of dominant-negative repression of Pgr-mediated transcription. Transactivation assays on the aqp1ab promoter demonstrated that aqp1ab transcription is dependent on wild-type Pgr, with Sox3 and -8b acting synergistically, while Sox9b acts as a repressor. Incubation of primary ovarian explants in vitro with 17,20β-P, followed by chromatin immunoprecipitation, confirmed that 17,20β-P-activated Pgr enhanced aqp1ab promoter activation. The production of 17,20β-P in seabream primary growth ovaries in vivo was consistent with the expression of P450c17-II (Cyp17a2) and 20β-hydroxysteroid dehydrogenase (Cbr1), enzymes needed for progestins synthesis, in granulosa cells associated with primary growth oocytes, and with a high concentration of 17,20β-P. Incubation of primary ovarian explants with recombinant piscine follicle-stimulating hormone (rFsh) in vitro stimulated 17,20β-P synthesis, which was reduced in the presence of Cbr1 inhibitors. The rFsh-mediated production of 17,20β-P correlated with the up-regulation of cyp17a2 and cbr1 transcription, as well as of wild-type pgr mRNA and protein levels. Altogether, these data suggest that aqp1ab transcription in seabream primary growth oocytes is under Fsh regulation through the synthesis of progestins. The results of this thesis show that the Aqp1ab mediated mechanism for oocyte hy-dration is likely conserved in marine teleosts. In addition, the tight transcriptional reg-ulation of Aqp1ab during oogenesis highlights the essential physiological role of this water channel and opens new research avenues for understanding the molecular basis of egg formation in marine fish. / La hidratación de los oocitos de teleósteos marinos que producen huevos pelágicos es clave para la supervivencia de los embriones en el océano. Estudios previos han descu-bierto el papel de una acuaporina específica de teleósteos (Aqp1b) durante este proceso, pero se carece todavía de evidencias experimentales directas, así como información sobre la regulación molecular de la Aqp1ab. En la presente tesis, estudios iniciales con el fletan Atlántico (Hippoglossus hippoglossus) confirman que los parálogos aqp1aa y -1ab de teleósteos han surgido probablemente por duplicación génica en tándem, y han demostrado el papel esencial de la Aqp1ab durante la hidratación del oocito. Para investigar el control transcripcional del gen aqp1ab en los oocitos de la dorada (Sparus aurata) se ha aislado su región promotora, la cual contiene elementos cis-reguladores de unión al receptor nuclear de progestinas (Pgr), como la 17α,20β-dihidroxi-4-pregnen-3-ona (17,20β-P), y factores de transcripción Sox. Estudios de localización subcelular indican que el Pgr aparece en el citoplasma de las oogonias, así como en el núcleo de oocitos en crecimiento primario (pre-vitelogénicos) coincidiendo con la activación de la expresión de aqp1ab. En este estadio también se expresan cuatro isoformas diferentes del Pgr, dos de las cuales pueden inhibir la transcripción mediada por el Pgr de forma dominante negativa. Las oogonias también expresan sox3 y -8b, mientras que el sox9b aparece en el estadio de alveolo cortical, cuando se reduce la expresión de aqp1ab. Ex-perimentos de transactivación indican que el Pgr activa la transcripción de aqp1ab, con Sox3 y -8b actuando de forma sinérgica, mientras que el Sox9b reprime este mecanismo. El papel del Pgr se ha investigado sobre explantes ováricos pre-vitelogénicos incubados in vitro, lo cual ha demostrado que la 17,20β-P, producida en las células de la granulosa en respuesta a la hormona folículo estimulante, activa el promotor de aqp1ab en el oocito induciendo la síntesis de Aqp1ab. Los resultados de esta tesis revelan por primera vez una estricta regulación transcripcional del gen aqp1ab durante la oogénesis de teleósteos marinos, lo cual remarca la función fisiológica esencial de este canal de agua durante la formación de los huevos pelágicos.

Teleost fishes (Teleostei) encompass more than half of the extant vertebrate biodiversity. Their genomes display considerable plasticity and flexibility, going hand in hand with polyploidization events and repetitive DNA dynamics. Teleosts also display a striking diversity in mechanisms of sex determination and differentiation. The aim of the present thesis was to study the mechanisms underlying the karyotype and sex chromosome differentiation through cytogenetic mapping of repetitive DNA (by fluorescence in situ hybridization, FISH) in selected representatives of the African annual killifishes of the genus Nothobranchius (Teleostei: Nothobranchiidae). Nothobranchius spp. evolved a unique adaptation to freshwater temporary water pools whose existence is limited to periods of rainy season in African savannahs. Recent diversification, allopatric speciation in non-overlapping generations and small-sized populations together with known cytogenetics collectively suggest fast dynamics of chromosomal changes in Nothobranchius killifishes. The study took advantage of the availability of i) more populations of several closely related species for analysis and ii) data on specific repetitive DNA composition in selected Nothobranchius genomes as revealed by RepeatExplorer analysis. My work showed considerable...

Ray-finned fishes (Actinopterygii) exhibit the greatest biodiversity among vertebrates. The vast majority of extant actinopterygian fish species belong to clade Teleostei - a lineage whose significant evolutionary success might have resulted from a teleost specific whole- genome duplication (TSGD) that occurred at the onset of this group, subsequent to its divergence from the rest of actinopterygian lineages. Despite the growing body of sequenced fish genomes and analyses of their transcriptomes, the largest contribution to understanding fish genomes comes from analyses of DNA content and from cytogenetics. Genomes of ray-finned fishes and especially those of Teleostei exhibit vast diversity and rapid dynamics of repetitive DNA sequences whose variability is reflected in a wide range of fish genome sizes and in the dynamics behind karyotype differentiation. Therefore, ray-finned fishes offer a unique opportunity to study genome variability as a driving force underlying morphological and ecological diversification, evolution and adaptation. Particularly, the mapping of repetitive DNA sequences by means of fluorescence in situ hybridization (FISH) has proven to be a very useful and informative approach during the last two decades and contributed greatly to our understanding of the fish genome...

Tesis por compendio / [ES] La producción en acuicultura se ha visto menguada por aparición de enfermedades en los sistemas de cría de peces. En concreto, en la dorada (Sparus aurata), hay dos parásitos destacados: Enteromyxum leei (Myxozoa) y Enterospora nucleophila (Microsporidia). Hasta la fecha, para ninguno de los dos se ha establecido un cultivo in vitro, y solo para E. leei se ha conseguido establecer un modelo de mantenimiento de la infección in vivo. La presente tesis pretende incrementar el conocimiento sobre estos parásitos y sus relaciones con el hospedador, sentando las bases para generar soluciones que puedan ser aplicadas en la acuicultura. El objetivo con E. leei fue estudiar la inmunidad adquirida inducida en la dorada y la posibilidad de generar herramientas de diagnóstico y vacunas frente a esta enfermedad. Para ello, primero se demostró la resistencia del pez al parásito tras una segunda exposición, la cual duró hasta 16 meses. Además, la resistencia parece estar correlacionada con altos niveles de inmunoglobulina (Ig) M específica en sangre, y una alta expresión de Igs, incluso antes de la re-exposición al parásito. El siguiente paso fue afinar el protocolo de infección con E. leei. Los resultados mostraron que una semana es suficiente para transmitir la infección de E. leei por efluente, independientemente de la temperatura. Tras la demostración de la respuesta adaptativa eficaz frente a E. leei, y al disponer de un modelo de infección refinado, se realizó un ensayo de inmunización pasiva. Aquí, los resultados mostraron que los anticuerpos especi'ficos efectivamente consigue ralentizar la invasión del intestino por el parásito y disminuir los síntomas de la enfermedad. Paralelamente, el resultado del análisis del repertorio de las regiones variables de la IgM e IgT del intestino peces resistentes mostró la inducción de una respuesta policlonal en las ce'lulas B. En base a estos resultados, se realizó una búsqueda de antígenos de E. leei que pudieran ser utilizados como candidatos para la producción de vacunas (análisis proteómico) o herramientas de diagnóstico (análisis in silico). Para ello, se ensambló un transcriptoma de novo utilizando una muestra mixta de intestino de dorada y parásito. Los resultados dieron lugar a 7 y 12 candidatos en la búsqueda in silico y proteómica, respectivamente. En los estudios de E. nucleophila, debido a que fue descrita muy recientemente, el punto de partida fue más básico. Las muestras de este parásito solo se pueden obtener de brotes naturales en piscifactorias. Por ello, primero se realizó un estudio de caracterización de la patología de la infección a partir de peces infectados naturalmente. En etapas tempranas de la infección, el parásito se localiza principalmente en el intestino, pero meses después, la prevalencia en intestino baja e incrementa en los órganos hematopoyéticos y el esto'mago. Los signos clínicos de la infección consistieron en una reducción significativa del crecimiento, emaciación, y palidez de las paredes intestinales. A nivel celular, en los casos ma's graves se observó hipercelularidad en el epitelio intestinal y proliferación de ce'lulas rodlet, un elevado número de linfocitos en la base del epitelio e infiltración de granulocitos acidófilos en el epitelio intestinal. Finalmente se probaron varias formas de transmisión horizontal de E. nucleophila (cohabitación, efluente, intubación oral y anal) con para desarrollar un modelo de mantenimiento in vivo. Se consiguió la transmisión el parásito por todas las vías, pero con una disminución de prevalencia a lo largo del tiempo. Variables como la temperatura, la dosis, y el estado de los peces donantes parecen ser más determinantes que la ruta seleccionada para la transmisión. Entre las rutas probadas, la intubación anal parece ser la más prometedora, pero ninguna de ellas fue capaz de reproducir los signos clínicos observados en las infecciones naturales. / [CA] La producció en aqüicultura s'ha vist minvada per aparició de malalties en els sistemes de cria de peixos. En concret, en l'orada (Sparus aurata), hi ha dos paràsits destacats: Enteromyxum leei (Myxozoa) i Enterospora nucleophila (Microsporidia). Fins avui, per a cap dels dos s'ha establert un cultiu in vitro, i només per a E. leei s'ha aconseguit establir un model de manteniment de la infecció in vivo. La present tesi pretén incrementar el coneixement sobre aquests paràsits i les seves relacions amb l'hoste, establint les bases per a generar solucions que puguin ser aplicades en l'aqüicultura. L'objectiu amb E. leei va ser estudiar la immunitat adquirida induïda en l'orada i la possibilitat de generar eines de diagnòstic i vacunes enfront d'aquesta malaltia. Per a això, primer es va demostrar la resistència del peix al paràsit després d'una segona exposició, la qual va durar fins a 16 mesos. A més, la resistència sembla estar correlacionada amb alts nivells d'immunoglobulina (Ig) M específica en sang, i una alta expressió de Igs, fins i tot abans de la re-exposició al paràsit. El següent pas va ser afinar el protocol d'infecció amb E. leei. Els resultats van mostrar que una setmana és suficient per a transmetre la infecció de E. leei per efluent, independentment de la temperatura. Després de la demostració de la resposta adaptativa eficaç enfront de E. leei, i en disposar d'un model d'infecció refinat, es va realitzar un assaig d'immunització passiva. Aquí, els resultats van mostrar que els anticossos específics efectivament aconsegueix alentir la invasió de l'intestí pel paràsit i disminuir els símptomes de la malaltia. Paral·lelament, el resultat de l'anàlisi del repertori de les regions variables de la IgM i IgT de l'intestí peixos resistents va mostrar la inducció d'una resposta policlonal en les cèl·lules B. Sobre la base d'aquests resultats, es va realitzar una cerca d'antígens de E. leei que poguessin ser utilitzats com a candidats per a la producció de vacunes (anàlisis proteómico) o eines de diagnòstic (anàlisi in silico). Per a això, es va assemblar un transcriptoma de novo utilitzant una mostra mixta d'intestí d'orada i paràsit. Els resultats van donar lloc a 7 i 12 candidats en la cerca in silico i proteòmica, respectivament. En els estudis de E. nucleophila, pel fet que va ser descrita molt recentment, el punt de partida va ser més bàsic. Les mostres d'aquest paràsit només es poden obtenir de brots naturals en piscifactorias. Per això, primer es va realitzar un estudi de caracterització de la patologia de la infecció a partir de peixos infectats naturalment. En etapes primerenques de la infecció, el paràsit es localitza principalment en l'intestí, però mesos després, la prevalença en intestí baixa i incrementa en els òrgans hematopoètics i l'estómac. Els signes clínics de la infecció van consistir en una reducció significativa del creixement, emaciació, i pal·lidesa de les parets intestinals. A nivell cel·lular, en els casos més greus es va observar hipercelularidad en l'epiteli intestinal i proliferació de cèl·lules rodlet, un elevat nombre de limfòcits en la base de l'epiteli i infiltració de granulòcits acidòfils en l'epiteli intestinal. Finalment es van provar diverses formes de transmissió horitzontal de E. nucleophila (cohabitació, efluent, intubació oral i anal) amb per a desenvolupar un model de manteniment in vivo. Es va aconseguir la transmissió el paràsit per totes les vies, però amb una disminució de prevalença al llarg del temps. Variables com la temperatura, la dosi, i l'estat dels peixos donants semblen ser més determinants que la ruta seleccionada per a la transmissió. Entre les rutes provades, la intubació anal sembla ser la més prometedora, però cap d'elles va ser capaç de reproduir els signes clínics observats en les infeccions naturals. / [EN] Aquaculture production is hampered by the emergence of parasite diseases in fish farming systems. Among them, in Sparus aurata, there are two important enteric parasites described: Enteromyxum leei (Myxozoa) Enterospora nucleophila (Microsporidia). To date, no in vitro culture has been established for either parasite, and only for E. leei was it possible to establish a model for maintaining the infection in vivo. The aim of this thesis is to gain new knowledge about these parasites and their relationship with the host, also the basic foundations for generating solutions that can be applied in aquaculture. The general objective for E. leei was to study the acquired immunity induced in gilthead bream and the possibility of generating diagnostic tools and vaccines against this disease. To this end, resistance against the parasite was assessed with a second exposure against the parasite, which showed a resistance for at least 16 months. Besides resistance seemed to be correlated with high levels of specific immunoglobulin (Ig) M in blood, and a high expression of Igs, in particular, the soluble forms, even before re-exposure to the parasite. The next step was refining the protocol for effluent infection with E. leei by studying infection at different exposure time points, temperatures and population densities. The results showed that one week of exposure is sufficient to spread E. leei infection by effluent, regardless of temperature. After demonstrating the resistance against E. leei, and with a refined infection model, a passive immunization assay was performed. The results showed that the serum with specific antibodies effectively slows down the invasion of the gut by the parasite and reduces the symptoms of the disease. At the same time, the analysis of the repertoire of the variable regions of intestinal IgM and IgT showed an induction of a polyclonal response in B cells. On the basis of these results, a research was carried out for E. leei antigens that could have use as candidates for the production of vaccines (proteomic study) or diagnostic tools (in silico study) using the parasite transcriptomic data. To do this, a de novo transcriptome was assembled using a mixed sample of gilthead sea bream and parasite, with a posterior filtrate of the sequences. The In silico and proteomic analysis search resulted in 7 and 12 transcripts, respectively, which are being used for diagnostic and vaccine production. The starting point was more basic in E. nucleophila studies, since this is a recently described disease. The samples of this parasite can only be obtained from natural outbreaks in fish farms. Therefore, first study was carried out to characterize the pathology of the infection of naturally infected fish. In the early stages of the infection, the parasite is mainly located in the intestine, but months later, the prevalence is lower in the intestine and increases in the hematopoietic organs and the stomach. Clinical signs of infection were significant reduction in growth, wasting, and intestinal walls paleness. At the cellular level, in the most severe cases hypercellularity in the intestinal epithelium, proliferation of rodlet cells, high number of lymphocytes at the base of the epithelium and infiltration of acidophilic granulocytes in the intestinal epithelium were observed. Finally, horizontal transmission of E. nucleophila was tried using different transmission methods: cohabitation, effluent, and oral and anal intubation. Transmission of the parasite was achieved with all routes, but there was a decrease in prevalence over time in all cases except for the anal route. Variables such as temperature, dose, and the status of the donor fish appear to be more important than the selected route. Among the routes tested, anal intubation seemed to be the most promising, as it was sustained over a longer period of time, but none of them was able to reproduce the same clinical signs of infection observed in natural infections. / The authors kindly acknowledge the collaboration of anonymous fish farming companies allowing access to the animals during the disease outbreaks. We thank J. Monfort and L. Rodríguez (IATS-CSIC) for the technical assistance on histological processing.This work has been carried out with financial support from the European Union and the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) under grant projects ParaFishControl (H2020-634429) and AGL2013-R-48560-C2-2-R, respectively. APS was contracted under ParaFishControl project. Primer sequences and access to the gilthead sea bream transcriptomic database were kindly provided by Prof. J. Pérez-Sánchez of the IATS- Nutrigenomics group. The authors thank I. Vicente for fish maintenance and technical assistance during samplings. The authors thank P. Boudinot (INRAE) for his help in designing and interpreting the immunoglobulin repertoire study and results, J. Pérez-Sánchez (IATS-CSIC) for providing access to the gilthead sea bream genome sequences to perform the repertoire analysis.This work was funded by the European Research Council (ERC Consolidator Grant 2016 725061 TEMUBLYM). / Picard Sánchez, MA. (2021). Control of enteric parasitic diseases of farmed gilthead sea bream: New insights into Enteromyxum leei (Myxozoa) and Enterospora nucleophila (Microsporidia) infections [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/167035 / TESIS / Compendio