Ricerca di loci legati alla determinazione del sesso in Mugil cephalus tramite whole genome sequencing

In teleost fish, mechanisms of sex determination are extremely different, ranging from presence of sex chromosomes to simultaneous hermaphroditism. Even in cases of Genetic Sex Determination (GSD), mechanisms can also differ between phylogenetically close species. Furthermore, environmental conditions can contribute to the determination of sex, sometimes becoming predominant factors (ESD; Environmental Sex Determination). The flathead grey mullet (Mugil cephalus) is a bony fish of considerable interest both for fishing and aquaculture, especially in countries such as Japan, Taiwan, Korea and in some areas of the Mediterranean Sea. In the latter areas mullets take on a significant value thanks to the production of bottarga, a highly prized culinary specialty with a high economic value consisting of pressed, salted and dried female gonad. The ability to control sex ratio, with an almost exclusively female production, and / or the identification of genetic markers capable of prematurely sexing individuals would lead enormous benefits to the flathead grey mullet industry. The flathead grey mullet is a species with separate sexes (gonochoric) with genetic sex determination, however several studies have reported the absence of sex chromosomes. In a recent study based on the analysis of whole genome, two missense mutations (point mutations or SNPs, which result in an amino acid exchange), cis-located in the gene coding for the follicle-stimulating hormone receptor (fshr) were identified on populations of different geographical origin. These mutations, named M1, were found to be significantly associated with phenotypic sex. M1 is heterozygous (wt / m1) in majority of male phenotype. A certain number of males, defined as “non-conformi”, exhibit a wt / wt genotype, associated instead with the female phenotype. The frequency of wt /wt males was relatively low (6-18%) in the italian populations analysed, while it reached a frequency close to 50% in a population of the Aegean Sea. From this point of view, fshr gene, while certainly has a sex determining role in M. cephalus (especially in some populations), is not the only "determinant". fshr gene is therefore defined as "incomplete penetrance" in relation to its role in the ability to influence sex in flathead grey mullet. A different genetic heritage, as well as different environmental conditions, can play an important role in determining the sex in M. cephalus, modulating the action of fshr. In this context, the aim of this thesis was to evaluate the existence of additional genetic loci involved in the M. cephalus sex determination. To achieve this, the genome of wt / wt and wt / m1 males from different populations was sequenced at medium coverage (25X) and the identified genetic variants were compared between two groups.

Nei pesci teleostei, i meccanismi di determinazione del sesso sono estremamente diversi, spaziando dalla presenza di cromosomi sessuali all’ermafroditismo simultaneo. Anche nei casi di determinazione genetica del sesso (GSD; Genetic Sex Determination), i meccanismi possono differire anche tra specie filogeneticamente vicine. Inoltre, le condizioni ambientali possono contribuire alla determinazione del sesso diventandone talvolta i fattori predominanti (ESD; Environmental Sex Determination). Il cefalo (Mugil cephalus) è un pesce osseo di notevole interesse sia per la pesca che per l’acquacultura, soprattutto in paesi come il Giappone, Taiwan, Korea e in alcune aree del Mar Mediterraneo. In queste ultime aree il cefalo assume un valore particolarmente rilevante grazie alla produzione della bottarga, una specialità culinaria molto pregiata e dall’alto valore economico costituita dalla gonade femminile pressata, salata ed essiccata. La capacità di controllare la sex ratio, con una produzione quasi esclusivamente femminile, e/o l’identificazione di marcatori genetici in grado di sessare precocemente gli individui porterebbero enormi vantaggi all’industria del cefalo. Il cefalo è una specie a sessi separati (gonocorica) con determinazione genetica del sesso; tuttavia, diversi studi ne hanno riportato l’assenza di cromosomi sessuali. In un recente studio basato sull’analisi dell’intero genoma, sono state identificate, su popolazioni di diversa origine geografica, due mutazioni missenso (mutazioni puntiformi o SNP, che determinano un cambiamento aminoacidico) localizzate in cis nel gene codificante per il recettore dell’ormone follicolo-stimolante (fshr). Queste mutazioni, chiamate M1, sono significativamente associate al sesso fenotipico. Infatti M1 è presente in eterozigosi (wt/m1) nella gran parte degli individui con fenotipo maschile. Un certo numero di maschi, definiti “non-conformi”, hanno però mostrato un genotipo wt/wt, normalmente associato al fenotipo femminile. La frequenza di maschi non-conformi si è mostrata relativamente bassa (6-18%) nelle popolazioni italiane analizzate, mentre ha raggiunto una frequenza prossima al 50% in una popolazione dell’Egeo. In questo quadro, il gene fshr pur avendo certamente un ruolo nella determinazione del sesso di M. cephalus (soprattutto in alcune popolazioni) non ne è l’unico “determinante”. Ciò suggerisce il possibile coinvolgimento anche di altri loci nella determinazione del sesso in questa specie. Il gene fshr viene perciò definito “a penetranza incompleta” relativamente al suo ruolo nella capacità di influenzare il sesso nel cefalo. Un diverso patrimonio genetico, come anche diverse condizioni ambientali, possono giocare un ruolo importante andando a modulare l’azione di fshr. In questo contesto, l’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di valutare l’esistenza di altre mutazioni, eventualmente in altri loci genici, capaci di influenzare la determinazione del sesso in M. cephalus. Per raggiungere tale scopo, il genoma di maschi conformi e non-conformi di diverse popolazioni è stato sequenziato a medio coverage (25X) e le varianti genetiche identificate sono state confrontate tra i due gruppi.