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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10451/2301

Título: Insights from gene expression patterns of heat shock proteins in thermal adaptation of iberian Cyprinids and its implications for conservation
Autor: Jesus, Tiago Filipe Salgueiro de, 1987-
Orientador: Coelho, Maria Manuela, 1954-
Inácio, Maria Ângela Ribeiro Marques, 1974-
Palavras-chave: Conservação da natureza
Stress ambiental
Adaptação
Alterações climáticas
Aquecimento
Ciprinídeos
Teses de mestrado - 2010
Issue Date: 2010
Resumo: The freshwater fish of the Squalius genus are distributed throughout a latitudinal gradient in the river basins of the Iberia Peninsula, namely in Portugal, in which distinct species are exposed to different river regimes. S. carolitertii inhabits in the northern region, S. pyrenaicus in the central and southern region and S. torgalensis is restricted to a river in the southwestern region. Watercourses from these distinct regions differ in their environmental conditions, namely in temperature. The Heat Shock Proteins are a widely studied group of proteins involved in stress responses such as heat stress. Aiming to provide new insights on the molecular mechanisms involved in thermal adaptation of three species of the Squalius genus distributed throughout a latitudinal cline, several experimental assays were performed, exposing fish to different temperature treatments. Results suggest the existence of latitudinal variation in the expression patterns of the hsp70 gene, with the southern species, S. torgalensis, having the higher induction of hsp70. Similarly to S. torgalensis, S. pyrenaicus presented an increment in hsp70 mRNA levels when exposed to high temperatures. Despite it had not been possible to test the existence of a similar pattern for hsc70 gene, a significant induction of this gene was observed for S. torgalensis. On the other hand, S. carolitertii did not present a significant increment in both genes, though many other genes may be involved in thermal tolerance. All together, these results point that S. torgalensis is well adapted to a harsher environment. However, careful should be taken when interpreting these results because climate change may increase the severity of the intermittent river regime in the southern region, with the increasing occurrence of extreme drought events. The comprehension of these mechanisms by which fish deal with harsh environments is of extreme importance for conservation purposes in a context of climate change.
O stress ambiental, nomeadamente o stress térmico, limita a distribuição geográfica de muitos dos seres vivos, dado que coloca grandes desafios à sua sobrevivência e reprodução. Estas condições de stress ambiental levam a que os organismos tenham que mover-se para ambientes mais favoráveis de forma a evitá-las. Os organismos podem, ainda, adaptar-se ao meio em questão ou, caso contrário, poderão caminhar para a extinção. A compreensão dos efeitos que o stress ambiental tem nas populações naturais reveste-se de particular importância devido aos crescentes efeitos das alterações climáticas, particularmente nos ecossistemas de água doce. As proteínas de choque térmico pertencem a um grupo de proteínas amplamente estudado e têm sido sugeridas como um mecanismo importante na resposta ao stress térmico. Estas desempenham diversos papéis na manutenção da homeostase celular, nomeadamente assistindo na manutenção da estrutura de outras proteínas e na eliminação de conformações de proteínas não nativas. Apesar de serem amplamente estudadas em diversos organismos modelo, pouco se conhece da sua importância nas populações naturais, nomeadamente ao nível da expressão génica. Contudo, alguns estudos já demonstraram que estas proteínas poderão desempenhar um papel importante em populações de animais expostos a temperaturas extremas. Estas proteínas são constituídas por diversas famílias, nas quais as diferentes proteínas de choque térmico se agrupam de acordo com o seu peso molecular. Particularmente, a família das hsp70 é constituída por diversas formas induzidas por factores de stress e por outras formas que se expressam constitutivamente durante o funcionamento normal das células. Estas últimas são geralmente conhecidas por hsc70, enquanto que as primeiras denominam-se por hsp70. Os peixes de água doce do género Squalius encontram-se amplamente distribuídos na Península Ibérica, com diferentes espécies expostas a diferentes tipos de regimes sazonais. No presente estudo testou-se a existência de diferentes pradões de expressão dos genes hsp70 e hsc70 em três espécies do género Squalius que habitam três regiões distintas de Portugal. Uma dessas três espécies foi S. torgalensis, uma espécie ameaçada com estatuto de “criticamente em perigo” que habita uma pequena bacia do Sul do país (rio Mira), a qual é caracterizada por um regime intermitente de cheias e secas na estação chuvosa e na estação seca, respectivamente. Outra das espécies em estudo foi S. pyrenaicus classificada como “espécie em perigo”, com uma ampla distribuição geográfica na região Centro e Sul da Península Ibérica. Por fim, S. carolitertii cuja distribuição geográfica compreende os rios da região Norte da Península Ibérica, foi amostrado em diversas bacias do Norte do país. Os padrões de expressão génica destas espécies foram estudados em indivíduos das três espécies submetidos a diferentes condições experimentais, nas quais estes eram expostos a diferentes temperaturas (20ºC, 25ºC, 30ºC e 35ºC). Num ensaio preliminar foram comparados os padrões de expressão génica do gene hsp70 no músculo e barbatanas de peixes expostos aos diferentes tratamentos. Com esta comparação foi possível verificar que os padrões de expressão deste gene são semelhantes nos dois tecidos e por isso o estudo pôde ser realizado nas barbatanas, o que constitui uma grande vantagem pois não implica o sacríficio dos animais. Os resultados obtidos nas diferentes condições experimentais sugerem a existência de um padrão de variação na expressão génica do gene hsp70 de acordo com um gradiente latitudinal de temperaturas, no qual a espécie que geralmente se encontra exposta a temperaturas mais elevadas (S. torgalensis), durante a estação seca, apresenta maior indução deste gene relativamente à situação controlo. Também S. pyrenaicus apresentou um incremento significativo na expressão deste gene, no entanto nenhum indivíduo desta espécie conseguiu resistir até aos 35ºC. Por outro lado, S. carolitertii não apresentou um aumento significativo de expressão deste gene com o aumento da temperatura. Estes resultados sugerem que para S. torgalensis e para S. pyrenaicus a indução do gene hsp70 pode ser importante para resistirem a temperaturas elevadas, nomeadamente durante a estação seca. No entanto, no caso de S. carolitertii, dado que o seu ambiente é mais estável do ponto de vista térmico, a expressão deste gene pode não ser tão importante, na medida em que muito raramente esta espécie se encontra sujeita a temperaturas tão elevadas. Relativamente à expressão da forma constitutiva, hsc70, devido à ausência de amplificação deste gene em indivíduos de S. pyrenaicus, possívelmente relacionada com a existência de mutações na zona de emparelhamento dos primers, não foi possível averiguar a existência de um padrão latitudinal semelhante ao encontrado para o hsp70. No entanto, também não era expectável que os níveis de expressão da forma constitutiva aumentassem durante uma situação de stress térmico, tal como aconteceu para S. carolitertii, para o qual não se observou variação significativa da expressão deste gene nas diferentes condições de teste. Contudo, S. torgalensis apresentou um aumento significativo dos níveis de expressão deste gene quando exposto a 35ºC. Esta indução de uma forma da família hsp70 que se pensava ser constitutivamente expressa, ou seja, cuja expressão não variasse ou até fosse reprimida em situações de stress, poderá constituir uma vantagem para S. torgalensis no meio onde vive, dado que este apresenta um regime bastante severo durante a estação seca. Esta vantagem poderá ser explicada pelo facto desta espécie poder, através do aumento dos níveis de hsc70, poupar energia na resposta ao stress térmico, não necessitando assim de mobilizar ainda mais o mecanismo de síntese de hsp70. Este conjunto de resultados sugere que S. torgalensis está bem adaptado às condições extremas do seu habitat pois não só esta espécie é capaz de induzir, de forma signficativa, a resposta de choque térmico, como também de aumentar os níveis da forma constitutiva. Por outro lado, apesar de S. pyrenaicus também induzir os níveis de hsp70 de forma significativa, os indivíduos desta espécie sujeitos às condições de teste, não conseguiram sobreviver a temperaturas superiores a 33ºC, o que sugere que esta espécie poderá enfrentar sérias dificuldades se ocorrerem alterações da temperatura máxima da água na estação quente ou variações diárias da temperatura da água mais pronunciadas. Relativamente a S. carolitertii, o facto de alguns indivíduos conseguirem sobreviver a temperaturas mais elevadas do que S. pyrenaicus poderá sugerir que a primeira espécie é mais tolerante ao stress térmico. No entanto, estes resultados devem ser interpretados com reservas, dado que neste estudo não foi possível encontrar nenhum mecanismo de resposta ao stress térmico para S. carolitertii. Contudo, é provável que existam outros mecanismos moleculares envolvidos na resposta ao stress térmico, que não só possam ser importantes para S. carolitertii como para as outras espécies estudadas. É, ainda, possível que no futuro os efeitos das alterações climática se façam sentir de forma mais significativa em ambientes mais severos e nesse sentido a região Sul do país poderá vir a ser mais afectada por alterações do actual regime sazonal. Um eventual aumento de vagas de calor e da ocorrência de secas extremas poderá constituir uma ameaça acrescida a S. torgalensis, que apesar de bem adaptado, pode não conseguir lidar com o agravar destas condições. Nesse sentido deverá ser dada atenção à preservação dos pêgos nos quais estes peixes se refugiam durante a estação seca. O presente trabalho ilustra a importância de estudar mecanismos de tolerância ao stress ambiental e, neste caso particular, ao stress térmico, de forma a compreender o potencial que determinada espécie tem para lidar com o ambiente no qual se encontra.
Descrição: Tese de mestrado. Biologia da Conservação. Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010
URI: http://hdl.handle.net/10451/2301
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