Understanding microRNA (miRNA) functions has been hampered by major difficulties in identifying their biological target(s). Currently, the main limitation is the lack of a suitable strategy to identify biologically relevant targets among a high number of putative targets. Here we provide a proof of concept of successful de novo (i.e., without prior knowledge of its identity) miRNA phenotypic target (i.e., target whose de-repression contributes to the phenotypic outcomes) identification from RNA-seq data. Using the medaka mir-202 knock-out (KO) model in which inactivation leads to a major organism-level reproductive phenotype, including reduced egg production, we introduced novel criteria including limited fold-change in KO and low interindividual variability in gene expression to reduce the list of 2,853 putative targets to a short list of 5. We selected tead3b, a member of the evolutionarily-conserved Hippo pathway, known to regulate ovarian functions, due to its remarkably strong and evolutionarily conserved binding affinity for miR-202-5p. Deleting the miR-202-5p binding site in the 3 ′ UTR of tead3b, but not of other Hippo pathway members sav1 and vgll4b, triggered a reduced egg production phenotype. To our knowledge, this is the first de novo functional assignment of a miRNA phenotypic target in vivo in vertebrates.

Female gamete production relies on coordinated molecular and cellular processes that occur in the ovary throughout oogenesis. In fish, as in other vertebrates, these processes have been extensively studied both in terms of endocrine/paracrine regulation and protein expression and activity. The role of small non-coding RNAs in the regulation of animal reproduction remains however largely unknown and poorly investigated, despite a growing interest for the importance of miRNAs in a wide variety of biological processes. Here, we analyzed the role of miR-202, a miRNA predominantly expressed in male and female gonads in several vertebrate species. We studied its expression in the medaka ovary and generated a mutant line (using CRISPR/Cas9 genome engineering) to determine its importance for reproductive success with special interest for egg production. Our results show that miR-202-5p is the biologically active form of the miRNA and that it is expressed in granulosa cells and in the unfertilized egg. The knock out (KO) of miR-202 resulted in a strong phenotype both in terms of number and quality of eggs produced. Mutant females exhibited either no egg production or produced a drastically reduced number of eggs that could not be fertilized, ultimately leading to no reproductive success. We quantified the size distribution of the oocytes in the ovary of KO females and performed a genome-wide transcriptomic analysis approach to identified dysregulated molecular pathways. Together, cellular and molecular analyses indicate that lack of miR-202 impairs the early steps of oogenesis/folliculogenesis and decreases the number of large (i.e. vitellogenic) follicles, ultimately leading to dramatically reduced female fecundity. This study sheds new light on the regulatory mechanisms that control the early steps of follicular development and provides the first in vivo functional evidence that an ovarian-predominant microRNA may have a major role in female reproduction.

Deciphering mechanisms of oocyte development in female fishes still remains challenging and a comprehensive overview of this process at the level of the organ is still needed. The recent development optical tissue clearing methods have tremendously boosted the 3D imaging of large size biological samples that are naturally opaque. However, no attempt of clearing on fish ovary that accumulates extremely high concentration of lipids within oocytes has been reported to date. To face with this ovarian-specific challenge, we combined two existing clearing methods, the non-toxic solvent-based Eci method for efficient clearing and the CUBIC method to enhance lipid removal and reduce non-specific staining. The methyl green fluorescent dye was used to stain nuclei and delineate follicles. Using this procedure (named C-Eci), ovaries of both medaka and trout could be imaged in 3D and all follicles analyzed. To our knowledge this is the first procedure elaborated for clearing and imaging fish ovary in 3D. The C-Eci methods thus provides an interesting tool for getting precise quantitative data on follicular content in fish ovary and promises to be useful for further morphological studies.