Implant recognition and gender expression following ampoule-androgenic gland implantation in Litopenaeus vannamei females (Penaeidae)

Abstract

Indirect evidence indicates that penaeids may have a W/Z sex heritability mechanism with the androgenic gland (AG) mediating masculine differentiation. The present study evaluated the immune response against grafts and the expression of primary and secondary male sexual characters in Litopenaeus vannamei females implanted with terminal ampoules and associated AGs. Experiments included grafting females at PL34–48. Grafting at PL37 generated few cases of melanization exhibiting dark coloration covering parts or the whole implant while most implants showed white coloration, without any trace of melanization. Histology of melanized implants showed necrotic tissue, encapsulated by black depositions. These melanized capsules were externally surrounded by normal haemocytes and flat haemocytes in the middle. An experiment evaluating possible absorption of the grafts based on recovery, gross coloration, size of implants, and histology showed that Complete terminal ampoule-AG implants, Control-vas deferens implants and Abdominal muscle implants, recovered at day 7 and 15, exhibited gradual and statistically significant decrease in size, which was more evident for muscle implants. Grafts with normal appearance from this experiment remained viable during 7 and 15 days post-implantation; these tissues showed a normal cellular structure with neither signs of melanization nor haemocyte infiltration. Appendices masculinae did not develop in any implanted females or controls. Concerning petasma development, two females implanted with AG showed a male phenotype in their first endopodites, characterized by a straight shape at the distal region, a middle protuberance and absence of setae along the middle curved edge of the structure. Regenerated and intact endopodites of Control-proximal terminal ampoule females showed the typical female phenotype with a slender shape with a curved distal edge, without a middle protuberance, and with setae along the middle curved edge of endopodites. Implanted females showed no evidence of masculinization or abnormal development of oocytes. In the light of the present study the effects of AG transplantation on sex in penaeids should be further evaluated in younger PL stages. Statement of relevance This contribution presents new information on sex reversal technology on Litopenaeus vannamei based on androgenic gland implants. The findings are novel for the family Penaeidae concerning the immunological response to tissue grafting and the plasticity for sex reversal in this world aquaculture species. © 2016 Elsevier B.V

La evidencia indirecta indica que los peneidos pueden tener un mecanismo de heredabilidad sexual W / Z con la glándula androgénica (AG) que media la diferenciación masculina. El presente estudio evaluó la respuesta inmune contra los injertos y la expresión de caracteres sexuales masculinos primarios y secundarios en hembras Litopenaeus vannamei implantadas con ampollas terminales y AG asociados. Los experimentos incluyeron mujeres injertadas en PL34-48. El injerto en PL37 generó pocos casos de melanización que exhiben coloración oscura que cubre partes o el implante completo, mientras que la mayoría de los implantes mostraron coloración blanca, sin ningún rastro de melanización. La histología de los implantes melanizados mostró tejido necrótico, encapsulado por depósitos negros. Estas cápsulas melanizadas estaban rodeadas externamente por hemocitos normales y hemocitos planos en el medio. Un experimento que evaluó la posible absorción de los injertos en función de la recuperación, la coloración gruesa, el tamaño de los implantes y la histología demostró que los implantes de ampolla terminal AG completa, los implantes Control-deferentes y los implantes musculares abdominales, recuperados en los días 7 y 15, exhibieron gradualmente y disminución estadísticamente significativa del tamaño, que fue más evidente para los implantes musculares. Los injertos con apariencia normal de este experimento permanecieron viables durante 7 y 15 días después de la implantación; estos tejidos mostraron una estructura celular normal sin signos de melanización ni infiltración de hemocitos. Los apéndices masculinos no se desarrollaron en mujeres o controles implantados. Con respecto al desarrollo de petasma, dos mujeres implantadas con AG mostraron un fenotipo masculino en sus primeros endopoditos, caracterizado por una forma recta en la región distal, una protuberancia media y ausencia de setas a lo largo del borde curvo medio de la estructura. Los endopoditos regenerados e intactos de las hembras de ampolla terminal proximal de control mostraron el fenotipo femenino típico con una forma delgada con un borde distal curvo, sin una protuberancia media y con setas a lo largo del borde curvo medio de los endopoditos. Las hembras implantadas no mostraron evidencia de masculinización o desarrollo anormal de ovocitos. A la luz del presente estudio, los efectos del trasplante de AG sobre el sexo en peneidos deben evaluarse más a fondo en las etapas PL más jóvenes.