La biologia riproduttiva del pesce spada xiphias gladius e del tonno rosso atlantico thunnus thynnus nel mar mediterraneo: basi per una gestione sostenibile della pesca

Investigating the reproductive biology and the evolution contributes to define a conceptual model able to explain the processes that allowed any species to succeed. The emergence of innovative anatomical, developmental and physiological features which entail a selective advantage is indeed tightly linked to the success of the reproductive strategy because this favours the species to survive. Furthermore, nowadays, understanding the reproductive strategies is a key for a sustainable use of the biological resources and to respect the principle of intergenerational equity, which consists in the preservation of natural resources and the environment for the benefit of future generations. The overall objectives of the present doctoral dissertation were 1) to investigate the reproductive biology of the swordfish Xiphias gladius and the Atlantic bluefin tuna Thunnus thynnus in the Mediterranean Sea in the context of the fishery management and 2) to shed light onto the evolution of some peculiar anatomical, behavioral and physiological features of the two species. The detailed objectives are provided for each chapter as follows 1) Maturity assignment based on histology-validated macroscopic criteria: tackling the stock decline of the Mediterranean swordfish (Xiphias gladius) • Aims: i) improving the knowledge of the swordfish reproduction in the central and western Mediterranean in terms of histological description of the ovarian stages, reproductive timing and size at first maturity (L50) ii) highlight the importance of the gonadic index (GI) as useful macroscopic indicator through its calibration with the histological approach and the definition of a GI threshold to discriminate sexually immature from mature females 2) A de novo transcriptome assembly approach elucidates the dynamics of ovarian maturation in the swordfish (Xiphias gladius) • Aims: i) elucidating the molecular processes driving the ovarian maturation ii) identifying the main genes of the molecular pathway of steroidogenesis and draw an ad-hoc pathway for the vitellogenin synthesis and uptake integrated with gene expression results iii) characterizing a candidate vitellogenin receptor iv) making the results freely available through a dedicated online portal 3) Some like it hot: the heater tissue transcriptome of the swordfish Xiphias gladius • Aims: i) providing a molecular toolbox to understand the evolution of the regional endothermy in the swordfish ii) expanding the species-specific findings towards the broader exploration of the evolution of endothermy in vertebrates iii) contributing to the knowledge on the heater tissue at a histological level 4) De novo transcriptome assembly, functional annotation and characterization of the Atlantic bluefin tuna (Thunnus thynnus) larval stage • Aims: i) providing the scientific community currently working on the larval rearing with a ready-to-use and annotated transcriptome representative of the larval stage ii) identifying the molecular pathways underlying the high larval growth rates through a comparative approach with other fish species iii) detecting the expanding protein families iv) exploring the biological functions associated with transcripts having higher codon usage bias 5) A comparison of reproductive potential in young and old females: a case study on the Atlantic bluefin tuna in the Mediterranean Sea • Aims: i) Elucidating the reproductive potential of old and young females in the Mediterranean Sea ii) characterizing the expression of mir-202 in young and old females and between reproductive and non-reproductive periods iii) identifying the mir-202 ovarian localization in vitellogenic ovaries

Indagare la biologia riproduttiva e l'evoluzione contribuisce a definire un modello concettuale in grado di spiegare i processi che hanno permesso il successo di qualsiasi specie. L'emergere di caratteristiche anatomiche, di sviluppo e fisiologiche innovative che comportano un vantaggio selettivo è infatti strettamente legato al successo della strategia riproduttiva perché questo favorisce la sopravvivenza della specie. Inoltre, al giorno d'oggi, la comprensione delle strategie riproduttive è una chiave per un uso sostenibile delle risorse biologiche e per rispettare il principio di equità intergenerazionale, che consiste nel preservare le risorse naturali e l'ambiente a beneficio delle generazioni future. Gli obiettivi generali della presente tesi di dottorato erano 1) indagare la biologia riproduttiva del pesce spada Xiphias gladius e del tonno rosso atlantico Thunnus thynnus nel Mar Mediterraneo nel contesto della gestione della pesca e 2) far luce sull'evoluzione di alcune caratteristiche anatomiche, comportamentali e fisiologiche peculiari delle due specie. Gli obiettivi dettagliati sono forniti per ogni capitolo come segue 1) Assegnazione della maturità basata su criteri macroscopici validati dall'istologia: affrontare il declino dello stock di pesce spada del Mediterraneo (Xiphias gladius) - Obiettivi: i) migliorare la conoscenza della riproduzione del pesce spada nel Mediterraneo centrale e occidentale in termini di descrizione istologica degli stadi ovarici, tempi di riproduzione e dimensioni alla prima maturità (L50) ii) evidenziare l'importanza dell'indice gonadico (GI) come utile indicatore macroscopico attraverso la sua calibrazione con l'approccio istologico e la definizione di una soglia GI per discriminare le femmine sessualmente immature da quelle mature 2) Un approccio di assemblaggio de novo del trascrittoma chiarisce la dinamica della maturazione ovarica nel pesce spada (Xiphias gladius) - Obiettivi: i) elucidare i processi molecolari che guidano la maturazione ovarica ii) identificare i principali geni del pathway molecolare della steroidogenesi e disegnare una via ad-hoc per la sintesi e l'endocitosi della vitellogenina integrata con i risultati di espressione genica iii) caratterizzare un candidato recettore della vitellogenina iv) rendere i risultati liberamente disponibili attraverso un portale online dedicato 3) Quando il calore fa la differenza: il trascrittoma del tessuto termogenico del pesce spada Xiphias gladius - Obiettivi: i) fornire un toolbox molecolare per comprendere l'evoluzione dell'endotermia regionale nel pesce spada ii) espandere i risultati specie-specifici verso una più ampia esplorazione dell'evoluzione dell'endotermia nei vertebrati iii) contribuire alla conoscenza del tessuto termogenico a livello istologico 4) Assemblaggio de novo del trascrittoma, annotazione funzionale e caratterizzazione dello stadio larvale del tonno rosso atlantico (Thunnus thynnus) - Obiettivi: i) fornire alla comunità scientifica che attualmente lavora sull'allevamento larvale un trascrittoma pronto all'uso e annotato rappresentativo dello stadio larvale ii) identificare i pathways molecolari alla base degli alti tassi di crescita larvale attraverso un approccio comparativo con altre specie di pesci iii) individuare le famiglie di proteine in espansione iv) esplorare le funzioni biologiche associate ai trascritti che hanno un bias di utilizzo dei codoni più elevato 5) Un confronto del potenziale riproduttivo in femmine giovani e vecchie: un caso di studio sul tonno rosso atlantico nel Mar Mediterraneo - Obiettivi: i) chiarire il potenziale riproduttivo di vecchie e giovani femmine nel Mar Mediterraneo ii) caratterizzare l'espressione di mir-202 in giovani e vecchie femmine e tra periodi riproduttivi e non riproduttivi iii) identificare la localizzazione ovarica di mir-202 in ovari vitellogenici