Dokument: Molekularbiologische und physiologische Untersuchungen der Fischreproduktion für ein verbessertes Aufzuchtmanagement: Eine Fallstudie am Atlantischen Blauflossenthunfisch Thunnus thynnus

Titel:	Molekularbiologische und physiologische Untersuchungen der Fischreproduktion für ein verbessertes Aufzuchtmanagement: Eine Fallstudie am Atlantischen Blauflossenthunfisch Thunnus thynnus
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=22227
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20120911-101349-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Schulz, Stephan [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 15,19 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.08.2012 / geändert 22.08.2012
Beitragende:	Prof. Dr. Bridges, Christopher R. [Gutachter] Prof. Dr. Lammert, Eckhard [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die große ökonomische Bedeutung der Fischereiwirtschaft und die damit einhergehende Überfi-schung zahlreicher Arten, wie dem zur Zeit in allen Medien vertretenem Atlantischen Blauflossen-thunfisch (ABFT), haben in den letzten Jahren zu einer starken Abnahme der Populationen geführt. Die bisher in Europa existierende „Thunfischaquakultur“ ist nicht nachhaltig und beruht einzig und allein auf der Mästung von im Mittelmeer oder im Atlantik gefangenen Wildtieren. Auf lange Sicht hin betrachtet, werden sich die Bestände sämtlicher Thunfischarten nicht erholen können und im schlechtesten Fall sogar weiter dezimiert werden. Dies kann bis zu einer völligen Ausrottung der Arten führen, wenn nicht weitere Fortschritte im Management der Bestände oder aber in der Zucht der Tiere gemacht werden. Wissenschaftliche Studien über die reproduktionsphysiologischen Vorgänge in Fischen tragen seit langem dazu bei, dass der ständig ansteigende Bedarf nach Fisch von den Aquakulturbetrieben bedient werden kann. Dies hat auch die Europäische Union erkannt und fördert folglich schon lange Zeit die Forschung in diesem Schwerpunktgebiet. Das Ziel dieser Dissertation, welche im Rahmen der von der EU geförderten Projekte „SELFDOTT“ (Self-sustained Aquaculture and Domestication of Bluefin Tuna Thunnus thynnus, 2008-2011) und ALLOTUNA (Set up of an integrate system of the bluefin tuna (Thunnus thynnus) farming in the Gulf of Taranto, 2008-2010) stattfand, war es, einen weiteren Beitrag zur Klärung der Frage zu leisten, warum der weibliche Reproduktionszyklus von in Gefangenschaft gehaltenen Thunfischen nicht vergleichbar mit dem von Wildtieren abläuft, und es so zu einer verminderten Fertilität dieser Tiere kommt. Durch die Analyse von molekularbiologischen und physiologischen Aspekten des Reproduktions-zyklusses weiblicher Thunfische, die an der als zentrales Ereignis geltenden Vitellogenese, dem Wachstum der Oozyten, beteiligt sind, konnte im Vergleich zwischen Wildbahn- und Käfigtieren deutliche Anzeichen einer geminderten Gametogenese von in Gefangenschaft gehaltenen Tieren gezeigt werden. Die bereits bekannten reproduktiven Fehlfunktionen von in Gefangenschaft lebenden ABFT scheinen somit tiefgreifendere Effekte zu haben als bisher gezeigt werden konnte. Besonderes Augenmerk lag dabei auf dem Estrogen Rezeptor alpha (ERα), der ein zentrales Bindeglied von endokrinen Signalen und ihrer Weiterleitung in der Zelle während reproduktions-biologischer Vorgänge ist. Desweiteren wurden die durch seine Aktivität hervorgerufenen zellulären Ereignisse, die normalerweise am Ende der Vitellogenese befruchtungsfähige Eizellen entstehen lassen, untersucht. Die verschiedenen Estrogen Rezeptor Typen sind in einer Vielzahl von Teleostern und Humanoiden bereits nachgewiesen worden. Der ABFT stellt nun den ersten Vertreter der Scombridae (Makrelen und Thunfische) dar, für den die Existenz des Alpha-Typs ebenfalls gezeigt werden konnte. Um die schlechtere reproduktive Entwicklung von Käfigtieren positiv zu beeinflussen, wurde in dieser Arbeit ein schon für andere Zwecke bekanntes Hormonträgersystem genutzt. Nachdem dieses System durch in–vitro Experimente auf das hier genutzte Steroidhormon 17β-Estradiol abgestimmt war, wurde es zuerst an zwei Modellfischen (Tilapia und Wolfsbarsch) in-vivo getestet und konnte anschließend am eigentlichen Versuchstier (Thunfisch) eingesetzt werden. In beiden Modellorga¬nismen konnte durch die Verabreichung der Hormonimplantate eine deutliche Erhöhung des Hormonlevels bewirkt werden, welches über die gesamte Versuchsdauer aufrecht erhalten werden konnte. Gleichzeitig wurde durch die Behandlung die Genexpression aller untersuchten Gene gesteigert, was sich letztendlich ebenfalls in einem Anstieg des gonadosomatischen Index (GSI: prozentualer Anteil der Gonade am Gesamtkörpergewicht) in Tilapien wiederspiegelte. Dieser gilt generell als ein Indikator für die Güte der reproduktiven Entwicklung in Fischen. Durch den Einsatz der Implantate an juvenilen Thunfischen in der Altersklasse von drei bis vier Jahren konnten ebenso oben beschriebene Wirkungen auf die reproduktionsphysiologischen Para-meter gezeigt werden. Diese waren entsprechend der eingesetzten Hormondosis unterschiedlich stark ausgeprägt. Während Kontrolltiere vergleichbare Level, welche zuvor bereits in zwei bis dreijährigen Thunfischen bestimmt wurden, aufwiesen, konnte in hormoninduzierten weiblichen Fischen ein eindeutiger Trend zu höheren Werten nachgewiesen werden. Diese Erhöhung lag in einem Bereich, der nur von älteren laichbereiten Tieren während der Vorlaich- und Laichzeit erreicht wurde. In Zukunft könnte durch die Kombination des hier getesteten 17β-Estradiol mit anderen Hormonen, die schon länger erfolgreich für die Induktion des Ablaichens in Fischen eingesetzt werden, die reproduktive Entwicklung von adulten weiblichen ABFT gesteigert werden, um somit eine beständige Quelle von Eiern für die weitere Aufzucht zu gewährleisten. Dies ist für den Aufbau einer nachhal¬tigen Thunfischaquakultur unabdingbar. Künftig ist aber noch weitere Forschungsarbeit notwendig um diese Methode auszubauen und um sie gegebenenfalls zu kommerzialisieren. During the last decades increased fishing and farming activity for fish led to a significant depletion of the stocks, especially for bluefin tuna (BFT). It is one of the most endangered fish species, fuelled by the increasing demand for this unique fish by the sushi-sashimi market all over the world. The currently existing "tuna aquaculture" in Europe is not sustainable and is only based on the fattening of captive wild animals caught in the Mediterranean or Atlantic Ocean. If there are no further improvements in managing the stocks or in rearing BFT in captivity, this species will not be able to recover leading perhaps to the reduction in stocks below a sustainable level. Scientific studies on reproductive processes in fish can contribute to the increasing demand for fish from the aquaculture industry. Aware of this the European Union advocates research on this special theme. The objectives of this dissertation, which was funded by the EU in the projects „SELFDOTT“ (Self-sustained Aquaculture and Domestication of Bluefin Tuna Thunnus thynnus, 2008-2011) and ALLOTUNA (Set up of an integrate system of the bluefin tuna (Thunnus thynnus) farming in the Gulf of Taranto, 2008-2010), was to clarify the question, why female captive BFT are not as reproductively active as wild animals, leading to impaired fecundity in captive tuna. A number of aspects of the reproductive cycle of female tuna, known to be impaired for the central event of Vitellogenesis (oocyte growth), were examined using molecular-biological and physiological analyses. As a result female tunas in captivity exhibited lower levels in all investigated parameters compared to wild individuals; hence, there is strong evidence for an extenuated Gametogenesis in these animals. Previously known dysfunctions occurring in captive female tuna appear to have a more profound impact on the reproductive axis as demonstrated in this species so far. To gain more knowledge the main focus was on the estrogen receptor alpha (ERα), which is known to be a mediator for endocrine signals to cellular responses during reproduction in other fish species. Detecting the cellular responses controlled by ERα, which naturally lead to healthy oocytes capable for fertilisation after spawning at the end of vitellogenesis, were also part of the objectives of this thesis, since various ER forms can be verified in fish and humanoids. This Study is the first showing the existence of the alpha receptor form in Scombridae, using BFT as a model. To find a mechanism to enhance the reproductive development in caged BFT, a common carrier system for hormone therapies in fish was configured. After readjustment of the components used for the contsitution of these hormone implants, their release kinetics of the employed hormone 17β-Estradiol were first investigated in in-vitro experiments. Consequently, 17β-Estradiolimplants were tested in-vivo in two model fish, Tilapia (Oreochromis niloticus) and Seabass (Dicentrarchus labrax), before introducing them in BFT. During experiments both fish showed an elevated plasma estrogen level and, hence, an increased expression profile of all analyzed genes. Additionally, an increase in the gonadosomatic index (GSI) could be observed in tilapia as a result of the treatment. The GSI is a general indicator for the reproductive performance in fish. The application of the hormone implants in juvenile BFT (3-4 years old) caused a dose dependent increase of all parameters. These elevated levels were only obtained in wild adult individuals during pre-spawning and spawning. Accordingly, the implants ability to increase the reproductive perfor-mance in this species could be demonstrated. For future studies the combination of 17β-Estradiol with hormones which already showed their capability to induce spawning in BFT could be a powerful tool to enhance reproduction of caged BFT and provide an enduring source of eggs for further breeding activities. For building up a sustainable BFT aquaculture this is a compulsory requirement. Hence further work is now necessary to extend and commercialize this progress.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Zoophysiologie
Dokument erstellt am:	11.09.2012
Dateien geändert am:	11.09.2012
Promotionsantrag am:	28.03.2012
Datum der Promotion:	17.04.2012