Comparative, physiological and molecular analyses of the effects of three masculinising treatments of the Nile tilapia Oreochromis niloticus, and search for markers of these approaches

La production de tilapias et surtout celle du tilapia du Nil Oreochromis niloticus (Linnaeus, 1758) connaît depuis 30 ans, une impressionnante croissance liée à ses nombreux atouts pour l'aquaculture. Toutefois, le contrôle du sexe conditionne la rentabilité de cette filière. En effet chez le tilapia du Nil le mâle présente une meilleure croissance que la femelle. Depuis les années 70, la production de populations monosexes mâles de tilapia du Nil est pratiquée dans la quasi-totalité des fermes aquacoles afin de bénéficier de la meilleure croissance des mâles par rapport aux femelles et de contrôler la reproduction précoce et continue chez cette espèce. Actuellement, l'inversion hormonale du sexe par la 17α-methyltestosterone (17MT) constitue la technique la plus utilisée pour produire les cohortes monosexes mâles. Toutefois, l'utilisation des hormones pour la production de poissons marchands soulève de nombreuses questions relevant de la sécurité alimentaire comme de la protection des travailleurs piscicoles et de l'environnement. D'autres approches sont donc recherchées. Elles reposent sur des approches génétiques, ou sur les effets masculinisants des fortes températures ou enfin sur l'utilisation d'anti-aromatase. Dans cette thèse, nous avons comparé les effets de trois traitements, utilisant respectivement la 17MT, le fadrozole (un inhibiteur de l'aromatase) et les fortes températures, sur des caractères d'intérêt zootechniques (survie, croissance) et sur l'expression de gènes clés de la différenciation du sexe dans les gonades et dans le cerveau des mâles induits (mâles 17MT, mâles anti-aromatase et thermo-néomâles). Parallèlement les mêmes analyses ont été menées sur des mâles et des femelles génétiques. Les fortes températures produisent des mâles dont la croissance est similaire à celle des mâles génétiques, confortant l'idée que les traitements thermiques pourraient constituer une alternative écologique aux utilisations des hormones pour la production de populations monosexes mâles chez le tilapia, sous réserve de sélectionner des souches à forte thermosensibilité. Le rôle positif des androgènes et/ou l'effet inhibiteur des œstrogènes sur la croissance est discuté. L'analyse des profils d'expression de gènes clés de la différenciation sexuelle suggère des régulations différentes dans le cerveau et dans les gonades. En particulier, l'amh et cyp19a1b sont très fortement stimulées dans le cerveau des mâles traités par la température ; inversement l'amh est inhibée dans le cerveau des individus traités par le fadrozole, suggérant une régulation directe ou indirecte de l'amh par l'aromatase. Dans les gonades des mâles induits, les niveaux de dmrt1 et amh sont surexprimés par rapport à ce qui est observé chez les mâles génétiques. Ce travail mériterait d'être complété par a) des études sur la fertilité des mâles induits b) des dosages des taux circulants de stéroïdes et de protéines dans le plasma c) des analyses histologiques ou immunohistochimiques du cerveau et des gonades et d) l'étude de l'expression d'autres gènes.Mots-clés : Tilapia du Nil / Masculinisation / Température / Hormones / Croissance / GènesDue to the genuine advantages of this species (fast growth, spontaneous breeding in captivity), the aquaculture production of tilapias, and especially of the Nile tilapia Oreochromis niloticus (L.), has been growing steadily over the past 30 years. Nevertheless, the success of this production is largely dependent on the sex control efficiency, in order to take advantage of the better growth of males and to avoid uncontrolled breeding that can cause crowding and dwarfism. The use of male monosex populations has thus become a standard in tilapia aquaculture since the 1970s. The dietary administration of 17α-methyltestosterone (17MT) is still the major masculinising procedure used in tilapia farming nowadays. However, it raises issues concerning the environment, fish farmers and consumers'health. More recently, alternatives to hormonal sex reversal have been evaluated, i.e. the use of YY males, treatment using aromatase inhibitors or elevated temperatures during the early life stages. In the present study, the effects of fadrozole (an aromatase inhibitor), elevated temperatures and 17MT have been compared on the survival and growth of XX fish, and as regards to the expression patterns in the brain and gonads of key genes implicated in fish sex differentiation. Comparisons seen in these induced-males were performed with genetic XX females and XY males. The growth rates of fish raised at elevated temperature were similar to those of genetic males, thereby emphasizing the relevance of this method as an alternative to hormonal sex reversal of Nile tilapia, when using highly thermosensitive strains. Whether the growth of tilapia is stimulated by androgens or depressed by estrogens is discussed. The analysis of expression profiles of the genes involved in sexual differentiation reveals different patterns in the brain and in the gonads. Amh and cyp19a1b are strongly stimulated in the brain of XX neomales treated by elevated temperatures. Conversely, amh is inhibited in the brain of fish treated with fadrozole, suggesting that amh is directed or indirectly regulated by aromatase. In the gonads of XX neomales, the levels of dmrt1 and amh are much higher than in genetic XY males. Further studies should analyse a) the fertility of neomales, b) the plasmatic levels of steroids and proteins, c) the histology and immunohistochemistry of the brain and the gonads, and d) the expression of other genes.Keywords : Nile tilapia / Masculinisation / Temperature / Hormones / Growth / Gene