การศึกษาผลของ short neuropeptide F ต่อการพัฒนาของรังไข่ การตกไข่ และกลไกการควบคุม ในกุ้งก้ามกรามเพศเมีย Macrobrachium rosenbergii

Highlight:

คณะผู้วิจัยได้พบองค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญคือ short neuropeptide F (Mro-sNPF) มีผลต่อการพัฒนาของรังไข่และการตกไข่ในกุ้งก้ามกรามเพศเมีย Macrobrachium rosenbergii โดยพบว่า เปปไทด์ Mro-sNPF ทำให้ระยะเวลาการพัฒนาของรังไข่สั้นลง เพิ่มดัชนีโกนาโดโซมาติก (GSI) เพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไข่ (OD) และการเพิ่มจำนวนการแบ่งเซลล์ เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม (P<0.05) นอกจากนี้พบว่า เปปไทด์ Mro-sNPF เพิ่มระดับความเข้มข้นของ hemolymph vitellogenin และการเพิ่มระดับของ MrEcR เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (P<0.05) เปปไทด์ Mro-sNPF ยังคงเหนี่ยวนำให้เกิดการตกไข่ได้เร็วขึ้นโดยลดระยะเวลาลงครึ่งหนึ่ง เมื่อเทียบกับระยะเวลาการตกไข่ของกลุ่มควบคุม (P<0.05) เปปไทด์ Mro-sNPF มีศักยภาพในการกระตุ้นการผลิตเซลล์สืบพันธุ์ การพัฒนาของไข่ และการตกไข่ในกุ้งก้ามกราม ตลอดจนน่าจะสามารถนำไปการประยุกต์ใช้ในระบบเพาะเลี้ยงต่อไป

ที่มาและความสำคัญ

In decapod crustaceans, eyestalk ablation has been practiced by aquaculturists to enhance commercial production through the induction of ovarian maturation; however, this technique eventually leads to undesirable effects of decline in egg quality and quantity, precocious development of gonads, and early death of spawners. In recent years, hormonal manipulation has proven a more sustainable alternative to successfully promote ovarian development, and this approach has the potential to replace eyestalk ablation. Understanding of hormones controlling the development of gonads, which produce quality gametes for larval production, is essential to the success of crustacean aquaculture. Thus, in this study, we are the first to report the potent effect and regulatory mechanisms of short neuropeptide F (Mro-sNPFs) on the induction of ovarian maturation and spawning, and associated regulatory mechanisms in M. rosenbergii females. Therefore, Mro-sNPF treatment could be applied to solve prawn aquaculture problems by increasing gamete production of this crustacean species for aquaculture.

Abstract

  In the present study, we investigated the effects of two short neuropeptide F (Mro-sNPF) mature sequences, namely APALRLRFamide and DRTPALRLRFamide, on ovarian maturation and spawning in Macrobrachium rosenbergii females. At doses of 10⁻⁵ and 10⁻⁶ mol/prawn, both Mro-sNPF peptides significantly shortened the ovarian developmental period (P < 0.05), but enhanced the gonadosomatic index (GSI), oocyte diameter (OD), and cell proliferation, compared with control values (P < 0.05). However, at the lowest dose (10⁻⁷ mol/prawn), neither peptide significantly affected ovarian maturation, GSI, nor OD compared with the control values. Females treated with the two peptides at the dose of 10⁻⁵ or 10⁻⁶ mol/prawn attained mature oocyte stages faster than did control females. Treatment with both peptides significantly elevated hemolymph vitellogenin concentrations and upregulated MrEcR transcripts, compared with the control treatment (P < 0.05). Finally, both Mro-sNPFs induced spawning by shortening its duration by half (∼1.5 days) compared with the control duration (∼3.1 days) (P < 0.05). The number of eggs per spawn was approximately 15.4 × 10⁴ eggs in the experimental group and in the control group (∼15.35 × 10⁴ eggs), albeit without significance. Therefore, among the treatment groups, using APALRLRFamide at 10⁻⁵ mol/prawn showed promising effects on the induction of ovarian maturation and spawning. Taken together, Mro-sNPF peptides can promote ovarian development and spawning, indicating their potential application to stimulate gamete and larval production in this important crustacean aquaculture species.

Keywords: Short neuropeptide F, Ecdysteroids, Ovarian development, Spawning, Freshwater prawn

Citation: Yotsawan Tinikul, Ruchanok Tinikul, Attakorn Engsusophon, Prasert Sobhon, The effects of short neuropeptide F on ovarian maturation and spawning in female giant freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, and associated regulatory mechanisms, Aquaculture, Volume 569, 2023, 739361, ISSN 0044-8486, https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2023.739361.

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
แหล่งทุนวิจัย: Thailand Science Research and Innovation, Mahidol University (TRF Mid-Career Research Grant), Mahidol University (Fundamental Fund: Basic Research Fund, fiscal year 2022), The NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation, and Faculty of Science, Mahidol University.

การศึกษาการแสดงออกและการออกฤทธิ์ ของ neuropeptide F ต่อการเจริญของตัวอ่อนในกุ้งก้ามกราม Macrobrachium rosenbergii

Highlight:
คณะผู้วิจัยได้พบองค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญคือ MrNPF expression levels เพิ่มจากตัวอ่อนระยะแรก ไปยังตัวอ่อนระยะสุดท้าย early to late embryonic stages MrNPF peptide กระตุ้นการพัฒนาของตัวอ่อนให้เร็ว เพิ่มเปอร์เซ็นต์ของ fertilized eggs เพิ่มจำนวน proliferative cells และยังพบว่า MrNPF-treated embryos ยังคงแสดงลักษณะปกติเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม ซึ่งผลการวิจัยที่ได้นี้ให้องค์ความรู้พื้นฐานที่สำคัญเกี่ยวกับบทบาทใหม่ของ MrNPF ในการพัฒนาตัวอ่อนของกุ้งก้ามกราม และอาจจะนำไปประยุกต์ใช้ในการช่วยเพิ่มการผลิต offspring สำหรับสัตว์ครัสเตเชียนเศรษฐกิจชนิดนี้ได้ในอนาคต

ที่มาและความสำคัญ
In some aquaculture practices, female broodstocks have their eyestalk ablated to stimulate ovarian maturation and spawning. However, this technique causes endocrine disruptions, which eventually lead to permanent damage and death of adult females, and subsequently have negative impacts on offspring quantity and quality, including ethical problems regarding animal rights and usage (Benzie 1998; New, 2002; Nagaraju, 2011). To meet the market demands of commercial production of this crustacean species, it is of great importance to gain knowledge on factors that control and promote embryonic development and their possible actions, which could be applied in solving prawn aquaculture problems by increasing the mass production of high-quality offspring of economic crustacean species by aquaculture. To our current knowledge, there is still a lack of important information on the presence of MrNPF in the embryonic stages of M. rosenbergii and its important role during the embryogenesis of this crustacean species. Understanding how MrNPF regulates embryonic development may help enhance the production of embryos and larvae of this M. rosenbergii, and this neuropeptide could be useful to promote the high quantity and quality of offspring in this important crustacean species by aquaculture.

Abstract 
In the present study, we examined differential expression of Macrobrachium rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) transcripts, and studied the presence of MrNPF during embryonic stages. We further investigated the effect for MrNPF on embryonic development of M. rosenbergii. By using RT-qPCR, the MrNPF mRNA levels showed a gradual increase from the early embryonic stages to the late embryonic stages. This coincides with initial expression of MrNPF immunoreactivity (MrNPF-ir) in the early embryonic stages and later strong MrNPF-ir in the late embryonic stages. Treating with MrNPF at doses of 10⁻⁶ and 10⁻⁷ mol/prawn into the female prawns significantly shortened the lengths of embryonic periods, exhibited faster attainment of each embryonic stage, and increased the number of proliferative cells, compared with the control groups (P < 0.05). In addition, the percent of fertilization was higher in the MrNPF-treated group at a dose of 10⁻⁶ mol/prawn, compared with the control groups (P < 0.05). The mean egg size of MrNPF-treated groups at doses of 10⁻⁶ and 10⁻⁷ mol/prawn also was slightly larger than that of the control groups. Following treatment with three doses of MrNPF, developing embryos also showed normal development in terms of eye pigmentation and differentiation, appearance of a beating heart, appearance of oily yolk, formation of the abdomen, and folding of the telson. Taken together, our results provide new insight into the potential role of MrNPF in the embryonic development of M. rosenbergii

Keywords: Neuropeptide F, Embryonic development, Embryos,
Freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, Aquaculture

Citation:
Tinikul Y, Tinikul R, Poljaroen P, Sobhon P. (2022) Differential expression of neuropeptide F during embryogenesis, and its promoting effect on embryonic development of freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii. Aquaculture. 555C, 738260.
https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2022.738260

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
แหล่งทุนวิจัย: Thailand Research Fund (TRF), Thailand Science Research and Innovation, Mahidol University (TRF Mid-Career Research Grant), Mahidol University (Fundamental Fund: Basic Research Fund, fiscal year 2022), The NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation, and Faculty of Science, Mahidol University