# name
Regulation of muscle growth and metabolism in European sea bass and gilthead sea bream: Integrating myogenic regulatory factors, dietary composition, and physical activity

# metadata.dc.contributor.other[].value
Universitat de Barcelona. Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia

# metadata.dc.description.abstract[].value
[eng] Aquaculture is one of the fastest-growing food production sectors, and its success and sustainability depend on improving growth efficiency and product quality in farmed species. Muscle is the main edible tissue in fish, underscoring the importance of understanding the cellular and molecular mechanisms that govern its development and growth, and how these mechanisms respond to nutritional inputs and rearing conditions such as sustained exercise. The present thesis examines these processes in European sea bass (Dicentrarchus labrax) and gilthead sea bream (Sparus aurata), two species of major importance in Mediterranean aquaculture. Through the integration of in vitro, in vivo, and in silico approaches, this work provides new insights into how cellular pathways, myogenic regulators, non-coding RNAs (ncRNAs), metabolic markers, and systemic signals interact to control muscle growth and metabolic plasticity in these two species. A primary culture of white muscle cells was established and characterized for the ﬁrst time in European sea bass. Using immunoﬂuorescence and transcriptional analyses, this study presents a detailed overview of myogenesis regulation. The ﬁndings showed the coordination of multiple molecular pathways throughout myogenesis, including several molecules previously unknown or poorly described in ﬁsh, and revealed both conserved and species-speciﬁc regulatory dynamics. The panel of stage-speciﬁc markers presented oﬀers a valuable tool for evaluating myogenic development, with relevance for both basic research in muscle biology and applied aquaculture studies. The role of ncRNAs in muscle was also explored in both species. In European sea bass, miR-1/206 and miR-133 family members were enriched in skeletal and cardiac muscle, mainly driving diﬀerentiation programs. The miR-221/222 family was most abundant in brain, while in muscle it showed low basal expression that became induced under proliferative and remodeling conditions. Both members of this family were predicted to target the cell cycle regulator cdkn1bb. In gilthead sea bream, novel lncRNAs were identiﬁed, and their expression varied with developmental stage, muscle injury, fasting-refeeding, and during in vitro diﬀerentiation. Moreover, integrated transcriptomic and correlation analyses suggested that lncRNAs act mainly as miRNA sponges in muscle, ﬁne-tuning miRNA availability and modulating mRNA targets in response to pro-growth signals such as amino acids and Igf-1. In gilthead sea bream juveniles, both diet composition and sustained swimming modulated growth performance, muscle composition, and energy metabolism. A high-protein diet promoted a more anabolic endocrine state, with higher hepatic expression of Gh/Igfs axis components, as well as markers of mitochondrial biogenesis and dynamics, oxidative phosphorylation, and antioxidant defenses. A high-carbohydrate diet shifted energy metabolism toward greater glucose use, particularly in red muscle, but also in white muscle, reﬂecting the plasticity of both muscle types in adapting to carbohydrate-rich conditions. Exercise further enhanced growth, especially under the high-protein feeding, and reduced fat deposition in mesentery, liver, and muscle. It also decreased plasma triglycerides in ﬁsh fed the high-carbohydrate diet and increased markers of mitochondrial eﬃciency and glucose handling in red muscle, pointing to improved substrate allocation during sustained activity. These ﬁndings demonstrate that gilthead sea bream juveniles exhibit strong metabolic ﬂexibility, allowing them to successfully adapt to a diet containing 25% carbohydrates, and highlight the potential of combining exercise with protein-reduced diets to enhance nutrient utilization and support more sustainable farming practices for this species. Overall, the present thesis provides a comprehensive analysis of the molecular, cellular, and physiological regulation of muscle growth and metabolism in two major aquaculture species. By bridging cellular and molecular mechanisms with whole-organism performance, this work advances fundamental knowledge of ﬁsh muscle biology and oﬀers practical insights for optimizing aquaculture production through nutritional strategies and sustained exercise conditions.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[cat] L’aqüicultura és un dels sectors de producció d’aliments que creix més ràpidament, i el seu èxit i la seva sostenibilitat depenen de millorar l’eﬁciència del creixement i la qualitat del producte en les espècies cultivades. El múscul és el principal teixit comestible en els peixos, fet que subratlla la importància d’entendre els mecanismes cel·lulars i moleculars que regulen el desenvolupament i el creixement, i com aquests mecanismes responen a modiﬁcacions nutricionals i a condicions de cultiu com l’exercici sostingut. La present tesi examina aquests processos en el llobarro europeu (Dicentrarchus labrax) i l’orada (Sparus aurata), dues espècies de gran importància en l’aqüicultura mediterrània. Mitjançant la integració d’enfocaments in vitro, in vivo i in silico, aquest treball aporta noves perspectives sobre com interactuen les vies cel·lulars, els reguladors miogènics, els ARN no codiﬁcants (ncRNAs), els marcadors metabòlics i els senyals sistèmics per controlar el creixement muscular i la plasticitat metabòlica en aquestes dues espècies. Es va establir i caracteritzar per primera vegada un cultiu primari de cèl·lules de múscul blanc en llobarro europeu, utilitzant immunoﬂuorescència i anàlisis transcripcionals per oferir una visió detallada de la regulació de la miogènesi. Les troballes van mostrar com es coordinaven múltiples vies moleculars al llarg de la miogènesi, incloent molècules prèviament desconegudes o poc descrites en peixos, i van revelar dinàmiques reguladores tant conservades com especíﬁques d’espècie. El conjunt de marcadors de cada etapa que es presenta ofereix una eina valuosa per avaluar el desenvolupament miogènic, amb rellevància tant per la investigació bàsica sobre la biologia muscular com per a la recerca aplicada en aqüicultura. També es va examinar el paper dels ncRNAs al múscul en ambdues espècies. En el llobarro europeu, els membres de les famílies miR-1/206 i miR-133 estaven enriquits en múscul esquelètic i cardíac i dirigien principalment programes de diferenciació. La família miR-221/222 era més abundant al cervell, mentre que al múscul presentava una expressió basal baixa que augmentava en condicions de proliferació i remodelació. Es va predir que ambdós membres d'aquesta família tenien com a diana el regulador del cicle cel·lular cdkn1bb. En l’orada, es van identiﬁcar nous lncRNAs i la seva expressió variava segons l’etapa de desenvolupament, amb una lesió muscular, en el dejuni i la realimentació, i durant la diferenciació in vitro. A més, les anàlisis integrades de transcriptòmica i de correlacions van suggerir que els lncRNAs actuen principalment com a esponges de miRNAs al múscul, ajustant ﬁnament la disponibilitat de miRNAs i modulant dianes d’ARNm en resposta a senyals promotores del creixement com els aminoàcids i l’Igf-1. En juvenils d’orada, la composició de la dieta i la natació sostinguda van modular el rendiment de creixement, la composició del múscul i el metabolisme energètic. Una dieta rica en proteïnes va promoure un estat endocrí més anabòlic, amb una expressió hepàtica més elevada dels components de l’eix Gh/Igfs, així com de marcadors de biogènesi i dinàmica mitocondrial, fosforilació oxidativa i defenses antioxidants. Una dieta rica en carbohidrats va desplaçar el metabolisme energètic cap a un major ús de glucosa, particularment al múscul vermell, però també al múscul blanc, reflectint la plasticitat d’ambdós tipus de múscul per adaptar-se a condicions riques en carbohidrats. L’exercici va millorar el creixement, més intensament amb la dieta rica en proteïnes, i va reduir la deposició de greix al mesenteri, al fetge i al múscul. També va disminuir els triglicèrids plasmàtics en peixos alimentats amb la dieta rica en carbohidrats i va incrementar marcadors d’eﬁciència mitocondrial i de gestió de la glucosa al múscul vermell, indicant una millor assignació de substrats durant l’activitat sostinguda. Aquestes troballes demostren que els juvenils d’orada presenten una forta ﬂexibilitat metabòlica, adaptant-se amb èxit a una dieta que conté un 25 % d’hidrats de carboni, i subratllen el potencial de combinar l’exercici amb dietes amb contingut reduït de proteïna per millorar l’aproﬁtament dels nutrients i donar suport a pràctiques més sostenibles per al cultiu d’aquesta espècie. En conjunt, aquesta tesi ofereix una anàlisi exhaustiva de la regulació molecular, cel·lular i fisiològica del creixement muscular i del metabolisme en dues espècies rellevants per l’aqüicultura. En connectar els mecanismes cel·lulars i moleculars amb el rendiment de l’organisme sencer, aquest treball avança el coneixement fonamental sobre la biologia muscular dels peixos i ofereix perspectives pràctiques per optimitzar la producció aqüícola mitjançant estratègies nutricionals i condicions d’exercici sostingut.

# metadata.dc.rights[].value
cc by-nc-sa (c) García Pérez, Isabel, 2025

# metadata.dc.source[].value
Tesis Doctorals - Departament - Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia

# metadata.dc.title[].value
Regulation of muscle growth and metabolism in European sea bass and gilthead sea bream: Integrating myogenic regulatory factors, dietary composition, and physical activity