Mitochondria play a key role in cellular metabolism and aerobic energy production, furthermore modifications in mitochondrial functions have been demonstrated to be involved in the acclimation of ectothermal fish. The present study wants to address the potential consequences of future climate change scenarios of ocean warming and acidification on Polar cod (Boreogadus saida), a key species in the Arctic Circle. In response to a combination of four different temperatures (0, 3, 6, 8 °C) and two pCO2 (390 and 1170 ppm), the aim of the present study is to analyse the number of mitochondria per cell, the expression of crucial enzymes in mitochondrial metabolism (CS, COX1, COX2, COX4, ND1, ND6, and ATP6), along with the enzymes capacity. The DNA content as well as DNA expression was not affected by the treatments, whereas only ND1 showed an effect caused by pCO2 at 8 °C. The mitochondrial number per cell was not significantly affected by the treatments, though a mitochondrial rearrangement in its structure and functions seems to have occurred. RNA content strongly decreased with high temperature, as well as COX4 and CS mRNA expression. As for mitochondrial encoded genes, mRNA expression of ND6 and ATP6 was significantly downregulated by temperature. Most evident and intense effect were observed with proteins. Protein content steeply decreased with increasing temperatures, while COX capacity significantly increased with raising temperature and pCO2. CS capacity along with FOF1 ATP synthase protein expression significantly decreased due to high temperature, contrasting with the pattern of COX. Nonetheless, the drastic fall of the temperature coefficient (Q10) in both CS and COX is a sign of the loss of sensitivity of these key enzymes when acclimated to 8 °C. Further analyses are needed to complete the picture, however, is clear that temperature is the main driver of these changes, while pCO2 acclimation seems to have a more marginal effect.

I mitocondri svolgono un ruolo chiave nel metabolismo cellulare e nella produzione di energia, inoltre è stato dimostrato che modifiche nelle funzioni mitocondriali sono coinvolte nell'acclimatazione degli organismi ectotermi. Nel presente studio si vogliono indagare le potenziali conseguenze degli scenari futuri di riscaldamento e acidificazione degli oceani sul Merluzzo Polare (Boreogadus saida), una specie chiave del Circolo Polare Artico. In risposta a una combinazione di quattro diverse temperature (0, 3, 6, 8 °C) e due concentrazioni di CO2 (390 e 1170 ppm), l’obiettivo è quello di analizzare il numero di mitocondri per cellula, l'espressione di enzimi cruciali nel metabolismo mitocondriale (CS, COX1, COX2, COX4, ND1, ND6 e ATP6), e l’attività enzimatica. Il contenuto e l'espressione del DNA non sono stati influenzati dall’acclimatazione ai vari trattamenti; tuttavia, è stato rilevato un effetto indotto dalla pressione parziale di anidride carbonica (PaCO2) su ND1. Il numero di mitocondri per cellula non è stato influenzato in modo significativo dai trattamenti, sebbene sembri essersi verificato un riarrangiamento nella struttura e nelle funzioni mitocondriali. Il contenuto di RNA è stato fortemente diminuito dall'elevata temperatura, così come l'espressione dell’mRNA di COX4 e CS. Per quanto riguarda i geni del genoma mitocondriale, l'espressione dell'mRNA di ND6 e ATP6 è risultata significativamente ridotta a seguito dell’incremento della temperatura. L'effetto più evidente è stato osservato con l’analisi delle proteine. Il contenuto proteico è diminuito bruscamente con l'aumento della temperatura, mentre l’attività enzimatica di COX è aumentata significativamente con l'aumento della temperatura e della PaCO2. Viceversa, l’attività enzimatica di CS e l'espressione proteica della ATP sintasi FOF1 è diminuita significativamente a causa dell'alta temperatura, in contrasto con l'andamento di COX. Tuttavia, il drastico calo del coefficiente di temperatura (Q10) sia per CS che per COX rappresenta un sintomo della perdita di sensibilità di questi enzimi chiave quando acclimatati a 8 °C. Ulteriori analisi sono necessarie per completare il quadro; nondimeno, è chiaro che la temperatura rappresenti il principale motore di questi cambiamenti, mentre la PaCO2 sembrerebbe avere un ruolo secondario.

Boreogadus saida physiological responses under future ocean acidification and warming scenarios

DIFRONZO, ERICA
2023/2024

Abstract

Mitochondria play a key role in cellular metabolism and aerobic energy production, furthermore modifications in mitochondrial functions have been demonstrated to be involved in the acclimation of ectothermal fish. The present study wants to address the potential consequences of future climate change scenarios of ocean warming and acidification on Polar cod (Boreogadus saida), a key species in the Arctic Circle. In response to a combination of four different temperatures (0, 3, 6, 8 °C) and two pCO2 (390 and 1170 ppm), the aim of the present study is to analyse the number of mitochondria per cell, the expression of crucial enzymes in mitochondrial metabolism (CS, COX1, COX2, COX4, ND1, ND6, and ATP6), along with the enzymes capacity. The DNA content as well as DNA expression was not affected by the treatments, whereas only ND1 showed an effect caused by pCO2 at 8 °C. The mitochondrial number per cell was not significantly affected by the treatments, though a mitochondrial rearrangement in its structure and functions seems to have occurred. RNA content strongly decreased with high temperature, as well as COX4 and CS mRNA expression. As for mitochondrial encoded genes, mRNA expression of ND6 and ATP6 was significantly downregulated by temperature. Most evident and intense effect were observed with proteins. Protein content steeply decreased with increasing temperatures, while COX capacity significantly increased with raising temperature and pCO2. CS capacity along with FOF1 ATP synthase protein expression significantly decreased due to high temperature, contrasting with the pattern of COX. Nonetheless, the drastic fall of the temperature coefficient (Q10) in both CS and COX is a sign of the loss of sensitivity of these key enzymes when acclimated to 8 °C. Further analyses are needed to complete the picture, however, is clear that temperature is the main driver of these changes, while pCO2 acclimation seems to have a more marginal effect.
2023
Boreogadus saida physiological responses under future ocean acidification and warming scenarios
I mitocondri svolgono un ruolo chiave nel metabolismo cellulare e nella produzione di energia, inoltre è stato dimostrato che modifiche nelle funzioni mitocondriali sono coinvolte nell'acclimatazione degli organismi ectotermi. Nel presente studio si vogliono indagare le potenziali conseguenze degli scenari futuri di riscaldamento e acidificazione degli oceani sul Merluzzo Polare (Boreogadus saida), una specie chiave del Circolo Polare Artico. In risposta a una combinazione di quattro diverse temperature (0, 3, 6, 8 °C) e due concentrazioni di CO2 (390 e 1170 ppm), l’obiettivo è quello di analizzare il numero di mitocondri per cellula, l'espressione di enzimi cruciali nel metabolismo mitocondriale (CS, COX1, COX2, COX4, ND1, ND6 e ATP6), e l’attività enzimatica. Il contenuto e l'espressione del DNA non sono stati influenzati dall’acclimatazione ai vari trattamenti; tuttavia, è stato rilevato un effetto indotto dalla pressione parziale di anidride carbonica (PaCO2) su ND1. Il numero di mitocondri per cellula non è stato influenzato in modo significativo dai trattamenti, sebbene sembri essersi verificato un riarrangiamento nella struttura e nelle funzioni mitocondriali. Il contenuto di RNA è stato fortemente diminuito dall'elevata temperatura, così come l'espressione dell’mRNA di COX4 e CS. Per quanto riguarda i geni del genoma mitocondriale, l'espressione dell'mRNA di ND6 e ATP6 è risultata significativamente ridotta a seguito dell’incremento della temperatura. L'effetto più evidente è stato osservato con l’analisi delle proteine. Il contenuto proteico è diminuito bruscamente con l'aumento della temperatura, mentre l’attività enzimatica di COX è aumentata significativamente con l'aumento della temperatura e della PaCO2. Viceversa, l’attività enzimatica di CS e l'espressione proteica della ATP sintasi FOF1 è diminuita significativamente a causa dell'alta temperatura, in contrasto con l'andamento di COX. Tuttavia, il drastico calo del coefficiente di temperatura (Q10) sia per CS che per COX rappresenta un sintomo della perdita di sensibilità di questi enzimi chiave quando acclimatati a 8 °C. Ulteriori analisi sono necessarie per completare il quadro; nondimeno, è chiaro che la temperatura rappresenti il principale motore di questi cambiamenti, mentre la PaCO2 sembrerebbe avere un ruolo secondario.
Boreogadus saida
climate change
physiology
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/67187