Insights of sex determination and sex differentiation in fish

Abstract

A decisão sobre se uma gônada bipotencial se desenvolverá em um testículo ou em um ovário é considerado um estágio crítico na diferenciação sexual dos vertebrados. A administração de esteróides exógenos durante este período pode afetar essa plasticidade, promovendo a diferenciação sexual na direção feminina ou masculina. Dessa forma, o objetivo desta tese foi avaliar os efeitos do tratamento de 17β-estradiol no desenvolvimento de Astyanax altiparanae (lambari), através de análises histológicas e de análises de expressão genica de possíveis genes envolvidos em vias masculinas e femininas. Para isso, larvas com gônadas indiferenciadas foram alimentadas com Artemia contendo diferentes concentrações de estradiol durante 28 dias, desde o 1 dia pós-eclosão (dpe) até o período que precede a diferenciação gonadal. Nossos resultados mostraram que o E2 modificou o fenotípo e a relação sexual histológica e, surpreendentemente, induziu intersexo com com a presença de óvulos nos testículos nas concentrações de 2 e 6 mg de E2/kg de alimento. Esses dados são uma evidência clara de que o tratamento utilizado não foi suficiente para induzir a reversão completa do sexo em A. altiparanae. Em termos de expressão gênica, o tratamento com E2 (6 mg/kg de alimento) produziu uma notável plasticidade gonadal entre machos e fêmeas aos 90 dias após a eclosão (dph). Os machos, denominados “machos resistentes ao estradiol”, superexpressaram os genes masculinos, como dmrt1, sox9 e amh. Dessa forma, nós sugerimos esses machos foram capazes de resistir à feminização induzida por estradiol, aumentando a expressão de genes relacionados à diferenciação testicular. Interessantemente, também encontramos fêmeas derivadas de estradiol com maior expressão de genes masculinos como dmrt1 e sox9. Em conclusão, nossos resultados mostraram que menores concentrações de E2 administradas durante o desenvolvimento larval induziram uma reversão incompleta do sexo masculino para feminino em A. altiparanae e produziram uma complexa plasticidade gonadal genética a 90 dph.

The decision whether a bipotential gonad will become a testis or ovary is considered a critical stage in vertebrate sex determination. Administration of exogenous steroids can affect this plasticity by skewing the sex gonadal differentiation towards a male or female. The aim of this study is to evaluate the effects of 17β-estradiol (E2) diet on Astyanax altiparanae (lambari) development, focusing on the gonadal development and gene expression analysis of possible candidate genes involved in either male or female pathways. Larvae with undifferentiated gonads were fed with steroid diet containing different concentrations of E2 during 28 days, from the mouth opening until a period that precedes the gonadal differentiation. Animals were sampled at 90 days post-hatching (dhp) for histology and gene expression analysis. Our results showed that E2 disrupted both phenotypic and histological sex ratios, and surprisingly, induced intersex with testis-ova in the concentrations of 2 and 6 mg E2/Kg food. This data is a clear evidence that the treatment used was not enough to induce complete sex reversal in A. altiparanae. However, in terms of gene expression, E2 (6mg/Kg food) induced a remarkable gonadal plasticity between males and females at 90 dph. The males, named as E2 resistant males, overexpressed the male-biased genes, such as dmrt1, sox9 and amh. We suggested that these males were able to resist the E2-induced feminization by the expression of genes related to testis differentiation. Strikingly, we also found E2-derived females with normal ovarian morphology but with higher or lower expression of dmrt1 and sox9. In conclusion, our results showed that lower E2 concentrations administered during larval development induced an incomplete male-to-female sex reversal in A. altiparanae and produced a complex genetic gonadal plasticity at 90 dph