Open Access

George Franz

• The need for the diversification of utilised species has emerged in the present aquaculture production environment. Shifts in consumer interest, climate change-induced temperature increases, and major fish disease outbreaks have put a strain on this industry. In this context, the pikeperch (Sander lucioperca) has become a new target species for aquaculture in Central Europe. This new aquaculture focus species exhibits high numbers of offspring, fast growth, and high consumer acceptance. It can also effectively deal with higher temperatures and turbid water. However, the rate of successful rearing is still low, as various developmental transformations and environmental effects commonly lead to high mortality rates during the early ontogenetic stages. The aim of this doctoral project was thus to obtain insight into embryonic to larval developmental changes during pikeperch ontogeny. Specifically, the times of change that influence survival were of focus. Based on the available literature, particular attention was paid to general growth patterns and the connected developmental changes, the determination of myogenesis gene marker expression changes, and the support of animal welfare efforts for pikeperch rearing procedures. To achieve the aims of the study, a methodical setup consisting of morphometric and developmental observations was combined with transcriptome gene marker analysis for the different ontogenetic stages. Three developmental phases were differentiated during the embryo-larval transition. Each of these possessed distinct growth patterns with different growth rates. The intermediate threshold phase showed internal organ development that focused on digestive, neuronal, and heart tissues. Three activity phases of myogenesis were determined: during early embryonic development, before hatching, and after hatching during the larval stages. Therefore, muscle development seemed to be regulated to balance energy expenditures. Additionally, two coinciding skeletogenic phases were found. Furthermore, a cell line from whole embryos was developed to support the replacement of animals in future experimental setups. A software system for video analyses was developed to support rearing procedures in aquaculture facilities. This prototype can be used to automate the counting of specimens and thus allows for faster responses to increasing mortalities. Based on the results of this thesis project, further insights into the early development of pikeperches were obtained. This will facilitate the design and adaptation of raising and husbandry protocols, which can help to further establish pikeperch as an aquaculture species and support its application in modern recirculatory systems.
• In der heutigen Aquakulturindustrie besteht die Notwendigkeit, das eingesetzte Artenspektrum zu erweitern. Veränderte Verbraucherinteressen, der durch den Klimawandel verursachte Temperaturanstieg und großflächige Krankheitsausbrüche in Aquakulturanlagen belasten die Branche. In diesem Kontext ist der Zander (Sander lucioperca) zu einer neuen Fokusart in der Aquakulturindustrie Mitteleuropas geworden. Der Zander verbindet eine hohe Anzahl von Nachkommen mit einem schnellen Wachstum und besitzt bereits eine hohe Akzeptanz beim Verbraucher. Allerdings ist die Erfolgsquote in der Aufzucht gering, da verschiedene Entwicklungsprozesse und Umwelteinflüsse zu einer allgemein hohen Sterblichkeitsrate, insbesondere während der frühen ontogenetischen Stadien, führen. Ziel dieses Promotionsprojektes ist es, einen besseren Einblick in die Entwicklung des Zanders während der Ontogenese von Embryo zur Larve zu gewinnen. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf Zeitfenstern, während welcher das Überleben der Larve besonders gefährdet ist. Auf der Grundlage des Stands der bisherigen Forschungsliteratur wurde hierfür ein besonderes Augenmerk auf Wachstumsmustern und damit verbundenen entwicklungsbiologischen Veränderungen, den Expressionsveränderungen von Myogenese-Genmarkern und Möglichkeiten zur Unterstützung von Tierschutzmaßnahmen bei der Zanderaufzucht gelegt. Zu diesem Zweck wurden morphometrische und entwicklungsbiologische Beobachtungen mit Transkriptom-Genmarkeranalysen für die verschiedenen ontogenetischen Stadien kombiniert. Während des Übergangs vom Embryo zur Larve konnten drei Entwicklungsphasen unterschieden werden. Jede dieser Phasen zeigte ein eigenes Wachstumsmuster und unterschiedliche Wachstumsraten. In der mittleren Phase, der Threshold-Phase gab es Anzeichen zur Entwicklung der inneren Organe, insbesondere bei Verdauungs-, Neuronalund Herzgewebe. Des Weiteren wurde festgestellt, dass Myogenesegene besonders in drei Phasen verstärkt exprimiert wurden: Während der frühen Embryonalentwicklung, vor dem Schlüpfen sowie nach dem Schlüpfen im Larvenstadium. Die Muskelentwicklung scheint hierbei zum Ausgleich des Energiehaushalts zwischenzeitlich unterdrückt zu werden. Zusätzlich wurden zwei übereinstimmende Zeitfenster für die Skelettentwicklung festgestellt. Um zusätzlich Alternativen für Tierexperimenten zu finden, wurde eine Zelllinie aus embryonalen Zandern entwickelt, um den Einsatz von Tieren in zukünftigen Experimenten zu verringern. Außerdem wurde ein Softwaresystem zur Videoanalyse entwickelt, um Aufzuchtverfahren in Aquakulturanlagen zu unterstützen. Der hierbei entstandene Prototyp kann zum Zählen der kleinen Zanderlarven verwendet werden, was aufwendige manuelle Überprüfungen der fragilen Larven reduziert. Mit den Ergebnissen aus diesem Dissertationsprojekt konnte ein tieferer Einblick in die frühe Entwicklung des Zanders gewonnen werden. Dies kann dazu beitragen Aufzucht- und Haltungsprotokolle weiterzuentwickeln, um den Zander als Aquakulturart weiter zu etablieren sowie seine Anwendung in modernen Rezirkulationssystemen zu unterstützen.