Characterization of reproductive physiology, abundance and spatial distribution of the European anchovy (Engraulis encrasicolus, Linnaeus 1758) in the Western Adriatic Sea

Small pelagic fish are essential to marine ecosystems because they ensure a connection among trophic levels. Among the most important species is the European anchovy (Engraulis encrasicolus, Linnaeus, 1758), but its ecological and economical roles are not supported by a sound knowledge of its biology. Before the start of this Ph.D. project there were no information whatsoever on its reproductive physiology and on the Hypothalamic–Pituitary–Gonadal hormonal cascade. This thesis addressed four topics: 1. Gonadotropin Releasing Hormone. Three forms were characterized and evaluated in their expression throughout the reproductive cycle in both sexes as well as described their phylogeny with regards to Teleost GnRH lineages, and, specifically, to other Clupeiformes species. 2. Egg envelope proteins. I cloned the five zp cDNAs and deduced their products, determined their tissue distribution, quantified their mRNA expression throughout the reproductive cycle and provided an insight into their evolution. Also, I proposed a multivariate statistics-based method to objectively infer and/or confirm the classification of Engraulis encrasicolus’ sexual maturity stages. 3. Endocrine-Disrupting Chemicals. I cloned and analyzed vitellogenin, vitellogenin receptor and zona radiata protein transcripts. Histologically, I found a moderate male intersex condition. Chemically, twenty-nine contaminants were screened in whole-body European anchovies caught in Northern, Central and Southern Adriatic Sea. 4. Biomass temporal fluctuations. Acoustic data files were collected during three research surveys conducted in 2013-2015 in the Western Adriatic Sea. A number of advantages of such technique drove the development of a large amount research in the last forty years, especially in the Adriatic region, which has historically been studied by the Italian National Research Council’ Institute of Marine Sciences of Ancona, the co-funding body of my Ph.D. project.

I piccoli pelagici sono essenziali per gli ecosistemi marini perché assicurano una connessione tra i vari livelli trofici. Tra le specie più importanti vi è l’acciuga europea (Engraulis encrasicolus, Linneo, 1758), ma le sue implicazioni ecologiche ed economiche non sono supportate da un'approfondita conoscenza della sua biologia. Prima del presente dottorato non esisteva alcuna informazione né sulla fisiologia riproduttiva né sulla cascata riproduttiva nota come asse Ipotalamo-Ipofisi-Gonade. Questa tesi si è focalizzata su quattro argomenti: 1. Ormone Rilasciante le Gonadotropine. Ho caratterizzato tre isoforme e ho studiato la loro espressione in entrambi i sessi. Ho inoltre descritto la loro filogenesi con particolare riferimento all’ordine Clupeiformes. 2. Proteine della zona radiata. Ho clonato i loro cinque cDNA, dedotto i loro prodotti di traduzione, determinato la distribuzione tissutale, quantificato gli RNA messaggeri durante l’intero ciclo riproduttivo e fornito indicazioni evolutive tramite filogenesi. Ho inoltre proposto un metodo statistico multivariato per dedurre in maniera oggettiva e/o confermare la classificazione degli stadi di maturità sessuale di Engraulis encrasicolus. 3. Distruttori Endocrini. Ho clonato e analizzato i trascritti genici della vitellogenina e del suo recettore, insieme a quelli delle proteine della zona radiata. Con l’istologia, ho ritrovato un discreto tasso di intersex maschile. Tramite analisi chimica, ho valutato ventinove inquinanti in carcasse di acciughe campionate nell’Adriatico settentrionale, centrale e meridionale. 4. Fluttuazioni temporali di biomassa. I dati acustici sono stati campionamenti nel versante occidentale del Mar Adriatico nel periodo 2013-2015. I vantaggi del metodo acustico ha permesso lo sviluppo negli ultimi 40 anni di molti progetti di ricerca, specialmente in Adriatico, tradizionalmente studiato dall’Istituto di Scienze Marine di Ancona del CNR - ente co-finanziatore del mio progetto di dottorato.