Význam maternálně přenesených mitochondrií ve vajíčkách ryb

MSc. Linan GAO

Doctoral thesis

The importance of maternally supplied mitochondria in fish eggs

Abstract:

Our study highlights the crucial role of mitochondria in PGCs formation and demonstrates that their function is independent of their origin from germ plasm. We first irradiated the vegetal pole of sturgeon embryos with UV to eliminate both germ plasm and mitochondria, thereby preventing PGCs formation. Mitochondria from donor eggs were then injected and the development of PGCs was restored, even though these mitochondria were not originally part of the germ plasm. Using fluorescent tracing and species-specific mtDNA and mtRNA primers, we confirmed the integration of transplanted mitochondria into PGCs. These findings indicate that mitochondria are indispensable for PGC development and provide novel insights into the developmental pathways of germ cells. Moreover, this study presents an innovative approach for matrilineal genetics conservation in endangered sturgeon species. Building on previous studies, we optimized the cryopreservation of sturgeon egg mitochondria and verified their structural and functional integrity. After transplantation into the vegetal pole of UV-irradiated sturgeon embryos, these cryopreserved mitochondria successfully integrated into the germ plasm and entered the germline, effectively restoring the maternal mitochondrial lineage. This breakthrough marks a significant technological advancement in conservation biology, offering new opportunities for germline preservation. Additionally, our study is the first to demonstrate the sensitivity of early-stage rainbow trout embryos to a specific spectrum of visible light. By exposing various wavelengths of light, we determined 415 nm light has a detrimental effect on rainbow trout embryos and embryonic mitochondria prior to the eyed egg stage. We propose that this implication may result from mitochondrial dysfunction caused by an overproduction of ROS. Furthermore, we suggest that gadusol may play a protective role by inhibiting ROS production in later stages. This work provides a scientific foundation for optimizing light management strategies in trout aquaculture, with the potential to significantly impact aquaculture practices.

Abstract:

Naše studie zdůrazňuje klíčovou roli mitochondrií při tvorbě primordiálních zárodečných buněk (PGC) a ukazuje, že jejich funkce je nezávislá na jejich původu ze zárodečné plazmy. Nejprve jsme ozářili vegetativní pól embryí jesetera UV zářením, čímž jsme eliminovali mitochondrie lokalizované v zárodečné plazmě a tím zabránili tvorbě PGC. Poté byly injikovány mitochondrie z dárcovských vajíček a vývoj PGC byl obnoven, přestože tyto mitochondrie původně nebyly součástí zárodečné plazmy. Pomocí fluorescenčního značení a druhově specifických primerů pro mtDNA a mtRNA jsme potvrdili integraci transplantovaných mitochondrií do PGC. Tyto výsledky ukazují, že mitochondrie jsou nezbytnou součástí vývoje PGC a přinášejí nové poznatky o vývojových drahách zárodečných buněk. Kromě toho tato studie představuje inovativní přístup k ochraně matrilineární genetické informace u ohrožených druhů jeseterů. Na základě předchozích studií jsme optimalizovali kryoprezervaci mitochondrií z jeseteřích vajíček a ověřili jejich strukturální a funkční integritu. Po transplantaci do vegetativního pólu UV-ozářených embryí se tyto kryoprezervované mitochondrie úspěšně integrovaly do zárodečné plazmy a byly inkorporovány do buněk zárodečné linie, čímž efektivně obnovily mitochondriální složku mateřské genetické linie. Tento průlom představuje významný technologický pokrok v oblasti biologické ochrany, který nabízí nové možnosti pro uchovávání zárodečných buněk. Dále je naše studie první, která prokazuje citlivost raných embryí pstruha duhového na specifické spektrum viditelného světla. Expozicí různým vlnovým délkám jsme zjistili, že světlo o vlnové délce okolo 415 nm má škodlivý účinek na embrya pstruha duhového a na mitochondrie v embryích před dosažením stadia očních bodů. Domníváme se, že tento efekt je důsledkem mitochondriální dysfunkce způsobené nadměrnou produkcí reaktivních forem kyslíku (ROS). Navíc navrhujeme, že gadusol může hrát ochrannou roli tím, že inhibuje produkci ROS v pozdějších fázích vývoje. Tato práce poskytuje vědecký základ pro optimalizaci světelného režimu v akvakultuře pstruha a může významně ovlivnit akvakulturní praxi.

Keywords

Ochrana jeseterů, kryokonzervace mitochondrií, primordiální zárodečné buňky, matrilineární genetika, pstruh duhový, vystavení světlu

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 9. 2025

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Martin Pšenička, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Fishery / Fishery