劉澤華吳旭干, 2龍曉文趙 磊李嘉堯, 2成永旭, 2
育肥飼料中植物油混合替代魚油對中華絨螯蟹雄體脂肪酸代謝相關基因表達的影響
劉澤華1吳旭干1, 2龍曉文1趙 磊1李嘉堯1, 2成永旭1, 2
(1. 上海海洋大學水產(chǎn)種質資源發(fā)掘與利用教育部重點實驗室, 上海 201306; 2. 上海海洋大學上海市教委水產(chǎn)動物遺傳育種協(xié)同創(chuàng)新中心, 上海 201306)
為研究植物油替代魚油對中華絨螯蟹(以下簡稱河蟹)脂肪酸代謝產(chǎn)生的影響, 通過熒光定量PCR (qRTPCR)技術研究了河蟹脂肪酸碳鏈延長酶(Es-FAE)、Δ9脂肪酸去飽和酶(Es-FAD9)、Δ6脂肪酸去飽和酶b (Es-FAD6b)、脂肪酸結合蛋白3 (Es-FABP3)、脂肪酸結合蛋白9 (Es-FABP9)和脂肪酸結合蛋白10 (Es-FABP10)基因在不同組織中的表達情況, 以及育肥飼料中不同魚油替代水平(魚油替代水平分別為0、25%、50%、75%和100%, 記為飼料1#—5#組)對河蟹雄體肝胰腺中這些基因mRNA表達水平的影響, 以探討育肥中魚油替代對河蟹雄體成蟹脂肪酸代謝的影響。結果表明: (1) Es-FAE、Es-FAD6b和Es-FAD9均在肝胰腺中表達水平最高, 在心臟和血淋巴中表達水平較低, 不同基因在其他組織中的表達規(guī)律有所不同; Es-FABP3、Es-FABP9和Es-FABP10主要在肝胰腺、肌肉、輸精管和副性腺中表達水平較高, 在胃、腸和心臟中表達水平較低。(2) 隨著飼料中魚油替代水平的提高, 肝胰腺中Es-FAE-mRNA有顯著增加趨勢; 就Es-FAD6b而言, 飼料3#組顯著高于飼料2#組, 其余各組間差異不顯著; 隨著飼料中魚油水平的降低, 飼料1#—3#組肝胰腺中Es-FAD9-mRNA也有顯著增加趨勢, 但差異不顯著。(3) 就Es-FABP3而言, 飼料2#和3#組肝胰腺中表達水平最高,且顯著高于飼料1#組(P<0.05), 其余各組間差異不顯著; 隨著魚油替代水平的升高, 肝胰腺中Es-FABP9和Es-FABP10-mRNA水平均有先上升后下降趨勢, 但各組間差異不顯著。綜上, 河蟹脂肪酸代謝和轉運相關基因在肝胰腺中表達水平最高, 飼料中不同魚油替代水平對肝胰腺中上述基因mRNA表達水平具有較大影響。
中華絨螯蟹; 魚油替代; 育肥飼料; 脂質代謝; 脂肪酸結合蛋白
中華絨螯蟹(Eriocheir sinensis H. Milne-Edwards)(以下簡稱河蟹)是我國重要的養(yǎng)殖蟹類之一, 在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中占有極其重要的地位, 每年成蟹養(yǎng)殖產(chǎn)量通常在8×108左右[1]。肌肉、肝胰腺和性腺是河蟹的三大可食部位, 其性腺發(fā)育情況直接影響著其食用價值和上市時間, 可食部位的生化組成對其營養(yǎng)價值有著重要作用[2, 3], 先前的研究表明蟹類獨特的香氣和營養(yǎng)價值與其含有較多的高度不飽脂肪酸(Highly unsaturated fatty acids, HUFA)有關[4, 5]。由于魚油富含高度不飽和脂肪酸, 通常需要在河蟹育肥飼料(性腺發(fā)育期的飼料)中添加較高含量的魚油來促進其性腺發(fā)育, 提高可食組織中的HUFA含量[6, 7]。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展, 全球魚油資源已不能滿足水產(chǎn)飼料業(yè)的需求, 因此尋求合適的魚油替代源已勢在必行[8]。由于植物油具有來源廣泛、價格低廉和總產(chǎn)量大等優(yōu)點, 故植物油已成為水產(chǎn)飼料中魚油替代的重要選擇[9—11]。由于不同植物油的脂肪酸組成有所不同, 因此不同植物油混合可能起到脂肪酸平衡的作用, 有利于提高替代效果[12—14], 豆油和菜籽油是目前水產(chǎn)飼料最常用的兩種植物油, 其脂肪酸和維生素組成具有一定的互補性, 因此采用兩者混合在水產(chǎn)飼料上具有一定的優(yōu)勢[15, 16]。
脂肪酸去飽和酶(Fatty acyl desaturase, FAD)、脂肪酸碳鏈延長酶(Fatty acyl elongase, FAE) 和脂肪酸結合蛋白(Fatty acid binding protein, FABPs)在水生動物脂肪酸代謝和運輸過程中扮演著十分重要的角色[17, 18]。相關研究表明, FAD和FAE主要參與高度不飽和脂肪酸的合成, 分別起到脂肪酸去飽和和碳鏈延長的作用, 飼料中植物油替代魚油可能顯著影響這些基因的表達水平, 如植物油替代魚油導致大西洋鮭(Salmo salar L.)肝臟中的FAD和FAE-mRNA水平顯著提高[19—22]; FABPs在脂肪酸運輸和β-氧化中也起著十分重要的作用[23], 其表達水平也會受到飼料中魚油水平和脂肪酸組成的影響[10]。
迄今為止, 河蟹飼料中魚油替代的研究報道較少[24, 25], 尚未見河蟹性腺發(fā)育階段飼料(育肥飼料)中魚油替代的研究。先前的研究表明, 河蟹可能具有一定的HUFA合成能力[26, 27], 這為河蟹飼料中開展魚油替代提供了可能。河蟹育肥飼料中HUFA組成和含量對河蟹雌體卵巢發(fā)育和脂代謝具有一定的影響[7, 28], 尚不清楚飼料中魚油替代對河蟹雄體性腺發(fā)育和脂肪酸代謝的研究報道。近年來, 河蟹脂肪酸碳鏈延長酶(Es-FAE)、去飽和酶(Es-FAD)和脂肪酸結合蛋白(Es-FABP)等基因先后被克隆,并初步研究了其在幼蟹不同組織中的表達及其對不同脂肪源的響應模式[27, 29—31], 但未見雄體性腺發(fā)育階段的研究報道, 這非常不利于河蟹雄體性腺發(fā)育階段脂質代謝調控的研究和育肥飼料的開發(fā)。鑒于此, 本文首先研究了脂肪酸碳鏈延長酶(Es-FAE)、Δ9脂肪酸去飽和酶(Es-FAD9)、Δ6脂肪酸去飽和酶b (Es-FAD6b)、脂肪酸結合蛋白3 (Es-FABP3)、脂肪酸結合蛋白9 (Es-FABP9)和脂肪酸結合蛋白10 (Es-FABP10)基因在成體雄蟹不同組織中的表達情況, 在此基礎上采用混合植物油(豆油∶菜籽油=1∶1)替代魚油配制5組不同替代水平的育肥飼料進行養(yǎng)殖實驗, 研究了飼料中不同魚油替代水平(0、25%、50%、75%和100%)對雄蟹性腺發(fā)育階段肝胰腺中這些脂肪酸代謝基因表達的影響, 結果可為雄蟹脂質代謝研究、魚油替代和育肥飼料配制提供基礎資料和理論參考。
1.1 實驗飼料
實驗飼料以豆粕、菜籽粕和魚粉作為主要蛋白源, 采用植物油混合(豆油∶菜籽油=1∶1)替代魚油, 按表 1配制五種不同魚油替代水平的實驗飼料,魚油替代水平分別為0、25%、50%、75%和100%(表 1), 分別記為飼料1#、飼料2#、飼料3#、飼料4#和飼料5#。所有飼料原料粉粹后過60目篩, 充分混合后制備成沉性膨化飼料, 粒徑4 mm, 長度10 mm左右, 植物油和魚油按比例混合后采用真空后噴涂方式添加。實驗飼料的常規(guī)生化成分和脂肪酸組成見表 2。所有實驗飼料冷卻后保存于-20℃冰箱中備用。
1.2 河蟹來源和養(yǎng)殖管理
實驗用蟹采自上海海洋大學崇明基地, 均為生殖蛻殼后的雄蟹, 體重135—165 g, 從中挑選600只附肢健全、體無外傷、活力較好的個體用于實驗。為了使研究結果更加接近于養(yǎng)殖實際, 育肥養(yǎng)殖實驗在室外小型實驗土池中(長×寬×深=7.8 m× 7.8 m×0.7 m)中進行, 土池四周設置雙層防逃塑料板, 實驗前采用漂白粉對實驗土池進行消毒。實驗池四周種植部分水稻, 同時放適量水花生, 以凈化水質和供河蟹隱蔽, 實驗期間水深70 cm左右。每口實驗池塘中隨機放入25只雄蟹, 每組飼料重復4口實驗池塘, 共20口實驗池塘。實驗用蟹在池塘中暫養(yǎng)3—5d后開始正式實驗, 正式實驗于2014年9月25日開始。
每日18:00左右投喂對應的實驗飼料, 投喂方式為全池均勻潑灑, 同時每池設有食臺以觀測河蟹攝食情況, 投喂后23h檢查食臺殘餌情況, 飼料投喂量通常占蟹總體重的1%—3%, 具體根據(jù)水溫和攝食情況等靈活調整。次日上午9:00左右, 檢查池塘四周殘餌和蟹的死亡情況, 并及時記錄。養(yǎng)殖過程中, 每隔3天測定1次水質指標, 根據(jù)水質指標每2周左右適當換水或加水, 養(yǎng)殖期間水質指標要求為:pH 7.0—9.0; 平均溶氧>4 mg/L; 氨氮<0.5 mg/L, 亞硝酸鹽<0.15 mg/L, 這些均在河蟹養(yǎng)殖的安全水質指標范圍內。整個養(yǎng)殖實驗共進行60d, 養(yǎng)殖30d采樣進行基因表達等研究, 養(yǎng)殖60d實驗進行性腺發(fā)育、營養(yǎng)品質分析, 本文主要報道脂肪酸代謝相關基因表達的影響。
1.3 樣品采集
實驗30d后停食1d, 從每個池塘中隨機采樣2只雄蟹, 每個飼料組合計各8只蟹, 用于脂質代謝相關基因的研究。用吸水紙擦干體表水分后用電子天平稱重(精確度=0.01 g), 用游標卡尺(精確度=0.01 mm)測量殼長、殼寬。解剖后用經(jīng)過滅菌的鑷子取出所有肝胰腺和性腺并準確稱重, 然后取少量肝胰腺組織液氮速凍后用于研究魚油替代水平對相關基因表達的影響。同時于2015年1月取經(jīng)暫養(yǎng)后的成熟雄體5只, 體重為103.84—127.22 g, 稱重后分別采集腦神經(jīng)節(jié)、胸神經(jīng)節(jié)、肝胰腺、胃、腸道、心臟、鰓、血淋巴、肌肉、三角膜、生精區(qū)、儲精囊和副性腺組織用于相關基因表達水平的組織特異性研究。所有RNA提取用樣品均保存于-80℃超低溫冰箱中, 待用于后續(xù)實驗。
表 1 實驗飼料配方Tab. 1 Formulation of experiental diets (%)
1.4 RNA提取、引物設計和序列驗證
取凍存后的河蟹樣品液氮研磨后, 采用TaKaRa的RNA提取試劑(TaKaRa, RNAiso Plus,Cat. 9109)提取總RNA, 具體方法按操作說明書進行, 分別采用1%瓊脂糖凝膠電泳和紫外分光光度計(Quawell, Q5000)檢測RNA的完整度和純度。各取500 ng總RNA為反轉錄模板, 采用反轉錄試劑盒(TaKaRa, Cat.RR036A)進行第一鏈cDNA合成。按照表 3序列分別合成河蟹內參基因β-actin、脂肪酸碳鏈延長酶(Es-FAE)、Δ9脂肪酸去飽和酶(Es-FAD9)、Δ6脂肪酸去飽和酶b(Es-FAD6b)、脂肪酸結合蛋白(Es-FABP3)、脂肪酸結合蛋白(Es-FABP9)和脂肪酸結合蛋白(Es-FABP10)基因的上游和下游引物, 其中β-actin、Es-FAD9和Es-FABP3的定量PCR的引物序列和反應體系按照相關文獻進行, 其余基因的定量PCR的引物序列是本實驗中采用Primer Premier 5.0 軟件設計而成(表 3),所有引物均由上海生工生物工程有限公司合成。以河蟹肝胰腺的cDNA為模板, 利用上述引物進行常規(guī)PCR擴增, 驗證PCR產(chǎn)物是否該目標基因序列,有無非特異性擴增。PCR反應體系為: cDNA模板1 μL, dNTP Mixture (2.5 mmol/L) 4 μL, 上下游引物(10 mmol/L)各0.5 μL, 10×PCR buffer 2.5 μL,rTaq酶(5 U/μL) 0.25 μL, 加滅菌超純水至總體積25 μL。PCR反應條件為: 94℃預變性5min, 94℃變性30s, 55℃退火30s, 72℃延伸30s, 30個循環(huán);72℃延伸10min, 4℃保存。取PCR產(chǎn)物3 μL經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測擴增結果后, 按瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒(天根, Cat. DP209)操作說明書回收純化PCR特異性擴增產(chǎn)物, 并連接至pMT-19載體(TaKaRa, Cat. D104A), 重組質粒轉化至大腸桿菌TOP 10感受態(tài)細胞(天根, Cat. CB104-01)中, 轉化產(chǎn)物于37℃、200 r/min條件下振蕩培養(yǎng)1—2h, 涂布接種后進行藍白斑篩選, 選出的陽性克隆經(jīng)菌液PCR初步鑒定后交上海生工生物工程有限公司進行測序。
表 2 實驗飼料常規(guī)成分(%干重)及脂肪酸組成(%總脂肪酸)Tab. 2 Proximate composition (% dry weight) and fatty acid composition (% of total fatty acids) of experimental diets
1.5 實時熒光定量PCR (qRT-PCR)
按照TaKaRa熒光定量PCR試劑盒(TaKaRa,Cat. RR420A)說明, 將模板cDNA梯度稀釋后進行標準曲線擴增。當無非特異性擴增, 目標基因和內參基因的擴增效率在95%—105%, 標準曲線R2>0.99時, 確定qRT-PCR反應體系與條件。qRTPCR的反應體系見表 4, Es-FAE反應條件為:95℃預變性30s; 95℃變性5s, 60.4℃退火30s, 40個循環(huán); Es-FABP10反應條件為: 95℃預變性30s;95℃變性5s, 60.5℃退火30s, 40個循環(huán); Es-FAD6b、Es-FAD9、Es-FABP3和Es-FABP9反應條件為: 95℃預變性30s; 95℃變性5s, 60℃退火30s,40個循環(huán)。qRT-PCR反應體系與條件確定后, 首先采用成熟雄體的腦神經(jīng)節(jié)、胸神經(jīng)節(jié)、肝胰腺、胃、腸道、心臟、鰓、血淋巴、肌肉、三角膜、生精區(qū)、儲精囊和副性腺組織的cDNA, 研究脂質代謝相關基因在各組織中mRNA表達水平差異, 每個樣品重復3次, 每個組織重復5只個體; 然后再研究飼料中不同魚油替代水平對肝胰腺中脂質代謝相關基因mRNA表達水平的影響, 每個樣品重復3次, 每個飼料組重復8只個體。
1.6 數(shù)據(jù)處理
熒光定量PCR數(shù)據(jù)分析采用2-ΔΔCt法計算脂質代謝相關基因的表達水平(通過公式ΔΔCt=ΔCt樣品-ΔCt對照, 計算ΔΔCt), 用SPSS 18.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析, 所有數(shù)據(jù)均以平均值±標準誤(X±SE)表示。采用Levene's法對所有數(shù)據(jù)進行方差齊性檢驗, 當不滿足齊性方差時對百分比數(shù)據(jù)進行反正弦或平方根處理。采用ANOVA對實驗結果進行方差分析, 采用Duncan法進行多重比較, 取P<0.05為差異顯著。
2.1 脂質代謝相關基因在不同組織中的表達情況
由圖 1—6可見, 6個脂質代謝相關基因在河蟹腦神經(jīng)節(jié)、胸神經(jīng)節(jié)、肝胰腺、胃、腸道、心臟、鰓、血淋巴、肌肉、三角膜、生精區(qū)、儲精囊和副性腺中廣泛表達, 整體上肝胰腺中這6個基因的表達水平均高于其他組織, 但是各基因在不同組織中的表達模式有所差異。就Es-FAE而言, 肝胰腺中表達水平極顯著高于其他組織(P<0.01, 圖 1),然后是腸道、鰓和胃中Es-FAE-mRNA表達水平依次降低, 相對表達量為肝胰腺中的1/350—1/30, 其余依次為三角膜>儲精囊>胸神經(jīng)節(jié)>腦神經(jīng)節(jié)>副性腺>血淋巴>生精區(qū)>肌肉>心臟; 就Es-FAD6b而言, 主要在肝胰腺、三角膜、肌肉、胸神經(jīng)節(jié)、腦神經(jīng)節(jié)和儲精囊表達, 這些組織中Es-FAD6bmRNA相對表達水平均大于100, 心臟中相對表達水平最低; 就Es-FAD9而言, 主要在肝胰腺、腦神經(jīng)節(jié)、胸神經(jīng)節(jié)、副性腺和儲精囊中表達, 其中肝胰腺中表達水平比儲精囊中高6.4倍左右, 血淋巴Es-FAD9-mRNA相對表達水平最低, 整體上, 不同組織中Es-FAD9-mRNA相對表達水平差異小于Es-FAD6b。就Es-FABP3而言, 肝胰腺中表達水平顯著高于其他組織(P<0.05, 圖 4), 其次主要在肌肉、副性腺、生精區(qū)、胸神經(jīng)節(jié)和儲精囊中表達, 這些組織中Es-FABP3-mRNA相對表達水平均大于300, 腸道、心臟、腦神經(jīng)節(jié)、鰓、胃和三角膜表達水平在25—144, 血淋巴中相對表達水平最低; 就Es-FABP9而言, 主要在副性腺、儲精囊和肝胰腺、鰓和生精區(qū)中表達, 其余組織中相對表達水平均低于10, 也是血淋巴中表達水平最低; 就Es-FABP10而言, 肝胰腺中表達水平顯著高于其他組織(P<0.05,圖 6), 其余依次為肌肉>胸神經(jīng)節(jié)>血淋巴>腸道>生精區(qū)>胃>腦神經(jīng)節(jié)>鰓>儲精囊>三角膜>副性腺>心臟, Es-FABP10在這些組織中的表達水平依次顯著下降, 其中心臟中Es-FABP10表達水平最低。
表 3 各基因的熒光定量PCR引物序列和來源Tab. 3 Nucleotide sequences and source of the primers used for qRT-PCR
表 4 目標基因和內參基因定量PCR反應體系的試劑添加量Tab. 4 The setup for qRT-PCR of target gene and β-actin (μL)
圖 1 河蟹十三種組織中的Es-FAE-mRNA表達差異分析Fig. 1 The expression of Es-FAE-mRNA in thirteen tissues of E. Sinensis
圖 2 河蟹13種組織中的Es-FAD6-mRNA表達差異分析Fig. 2 The expression of Es-FAD6-mRNA in thirteen tissues of E. sinensis
圖 3 河蟹13種組織中的Es-FAD9-mRNA表達差異分析Fig. 3 The expression of Es-FAD9-mRNA in thirteen tissues of E. sinensis
2.2 育肥飼料中魚油替代水平對肝胰腺中Es-FAE和Es-FAD基因表達的影響
育肥飼料中不同魚油替代水平對肝胰腺中Es-FAE和Es-FAD6b的mRNA表達水平影響顯著(P<0.05), 對Es-FAD9-mRNA表達水平無顯著影響(圖 7)。就Es-FAE而言, 飼料5#組表達水平最高, 飼料1#組表達水平最低, 飼料3#和4#組中表達水平接近, 但與飼料5#組差異不顯著(P>0.05), 整體上, 隨著魚油替代水平的增加, Es-FAE-mRNA表達水平有增加趨勢; 就Es-FAD6b而言, 飼料3#組顯著高于飼料2#組, 其余各組間差異不顯著(P>0.05); 飼料1#—3#組中肝胰腺中的Es-FAD9-mRNA表達水平也有增加趨勢, 但是表達水平差異不顯著。
2.3 育肥飼料中魚油替代水平對肝胰腺中Es-FABP基因表達水平的影響
育肥飼料中不同魚油替代水平僅對肝胰腺中Es-FABP3-mRNA表達水平影響顯著(P<0.05), 對Es-FABP9和Es-FABP10的mRNA表達水平無顯著影響(圖 7)。就Es-FABP3而言, 飼料2#和飼料3#組肝胰腺中表達水平最高且顯著高于飼料1#組(P<0.05), 其余各組間差異不顯著(P>0.05); 就Es-FABP9而言, 飼料5#組肝胰腺表達水平最低, 飼料2#和4#組Es-FABP9-mRNA表達水平相對較高, 但各組間表達水平差異不顯著(P>0.05); 就肝胰腺中Es-FABP10-mRNA而言, 飼料1#—3#組肝胰腺中Es-FABP10-mRNA表達水平有增加趨勢, 飼料3#—5#組中有下降趨勢, 但是各組間表達水平差異均不顯著(P>0.05)。
圖 4 河蟹13種組織中的Es-FABP3-mRNA表達差異分析Fig. 4 The expression of Es-FABP3-mRNA in thirteen tissues of E. sinensis
圖 5 河蟹13種組織中的Es-FABP9-mRNA表達差異分析Fig. 5 The expression of Es-FABP9-mRNA in thirteen tissues of E. sinensis
圖 6 河蟹13種組織中的Es-FABP10-mRNA表達差異分析Fig. 6 The expression of Es-FABP10-mRNA in thirteen tissues of E. sinensis
圖 7 不同魚油替代水平對河蟹雄體肝胰腺脂質代謝相關基因(Es-FAE、Es-FAD6bb、Es-FAD9、Es-FABP3、Es-FABP9及Es-FABP10)表達的影響Fig. 7 Effects of different fish oil level on the expression of hepatopancreas fatty acid metabolism-related genes (Es-FAE, Es-FAD6b, Es-FAD9, Es-FABP3, Es-FABP9 and Es-FABP10)
3.1 基因表達的組織特異性及其可能功能
本實驗中的6個脂質代謝相關基因在河蟹腦神經(jīng)節(jié)、胸神經(jīng)節(jié)、肝胰腺、胃、腸道、心臟、鰓、血淋巴、肌肉、三角膜、生精區(qū)、儲精囊和副性腺中廣泛表達, 但是各基因在不同組織中的表達模式有所不同, 這也暗示這些基因在不同組織中的生理功能可能具有一定差異。肝胰腺是甲殼動物脂質代謝的主要場所, 河蟹體內長鏈多不飽和脂肪酸(LC-PUFA)可能主要在肝胰腺中合成[26, 27], 因此, 參與LC-PUFA合成的FAE和FAD可能在肝胰腺中高度表達, 因此河蟹肝胰腺中FAE和FAD表達水平最高。FAD除了參與脂肪酸合成外, 可能還具有其他生理功能, 如消化吸收和滲透壓調節(jié)等[33]。腸道、鰓和胃中Es-FAE-mRNA表達水平處于中高等水平, 可能因為這些器官是河蟹的能量代謝和消化吸收器官, 能量代謝旺盛。
FAD6是動物體由18:2n6和18:3n3合成HUFA一類關鍵去飽和酶, FAD9是飽和脂肪酸到單不飽和脂肪酸的重要去飽和酶, 它們對于MUFA和HUFA的合成至關重要[34, 35]。河蟹Es-FAD6b和Es-FAD9主要在肝胰腺、胸神經(jīng)節(jié)、腦神經(jīng)節(jié)和儲精囊表達, 胸神經(jīng)節(jié)和腦神經(jīng)節(jié)等神經(jīng)組織中具有較高含量的HUFA, 推測FAD6和FAD9高表達水平可能 是為了維持其組織中較高水平的HUFA[36]。此外, 在河蟹三角膜和肌肉中也具有較高的Es-FAD6b表達水平, 這暗示這兩種組織可能也具有一定的HUFA合成能力, 且三角膜和肌肉通常也具有較高含量的EPA和ARA, 以維持細胞膜的流動性和免疫性能[7, 26], 因此也需要較高水平的Es-FAD6bmRNA來參與HUFA的合成。類似的現(xiàn)象在虹鱒(Oncorhynchus mykiss)和草魚(Ctenopharyngodon idellus)中也有報道[37, 38]。整體而言, 不同F(xiàn)AD在不同組織中的表達模式并不完全一致, 這可能是由于他們在各組織中的作用不同造成的。
FABPs主要參與脂肪酸的運輸和轉錄調控, 他們通過與脂肪酸結合將脂肪酸由細胞內運輸?shù)礁鱾€細胞器或細胞核上, 進行氧化代謝或者脂類合成等[39, 40]。先前對魚類的研究表明, 大西洋鮭的紅肌和白肌FABP3表達量最高, 主要是負責細胞內脂肪酸β-氧化的運送蛋白, 在肝臟中表達水平較低[41];關于肺魚(Lepidosiren paradoxa)的研究發(fā)現(xiàn), FABP10 和18:1n9結合力較高且主要在肝胰腺中表達[42]。本研究結果表明, 三種河蟹FABP均在肝胰腺中表達水平較高, 但是其在其他組織中的表達情況也存在較大差異, 如Es-FABP3和Es-FABP9在雄體生殖系統(tǒng)中表達水平相對較高, Es-FABP3和Es-FABP10在肌肉中表達水平也較高。Es-FABPs在河蟹肝胰腺中表達水平較高, 可能是因為肝胰腺中脂類吸收、轉運和氧化供能比較旺盛, 這些過程需要FABPs的廣泛參與, 類似的現(xiàn)象在擬穴青蟹(Scylla paramamosain)中也有發(fā)現(xiàn)[43]。Es-FABP9和Es-FABP3在河蟹副性腺、儲精囊和和生精區(qū)中表達水平較高, 可能因為精子發(fā)生需要較多的脂肪酸參與, 尤其是ARA和DHA對于精子發(fā)生、精巢發(fā)育和維持精子活力具有多種生理功能[44], 推測Es-FABP9和Es-FABP3在河蟹雄體精子發(fā)生和精巢發(fā)育中具有重要的功能, 因此在雄體生殖系統(tǒng)中這兩種基因的表達水平較高。Es-FABP3和Es-FABP10在河蟹肌肉中表達水平也較高, 這可能與其參與免疫調節(jié), 與RXRs(類視黃醇X受體)和PPARs(過氧化物酶體增殖物激活受體)等核受體競爭性結合有關[29, 45]。
3.2 魚油替代對脂肪酸合成基因表達調控的影響
本研究結果表明, 隨著魚油替代水平的增加,Es-FAE-mRNA表達水平有增加趨勢, 推測是飼料中低水平的n-3 LC-PUFA誘導FAE基因表達量的升高[46], 類似的現(xiàn)象在大西洋鮭(Atlantic salmon)肝臟中也有發(fā)現(xiàn)[47]。LC-PUFA合成過程受FAE影響較大, FAE主要功能是將C18脂肪酸延長為C20脂肪酸, 對不同碳鏈長度的脂肪酸結合效率依次為C18>C20>C22[48], 餌料中存在較多的LC-PUFA,抑制了脂肪酸碳鏈延長酶(FAE)和去飽和酶(FAD)的活性和催化效率[49]。FAD9動物體最常見的一種去飽和酶, 其主要功能是將飽和脂肪酸轉變?yōu)棣?9單不飽和脂肪酸[31, 35, 50]。FAD9基因的表達水平受發(fā)育情況、飼料、激素和環(huán)境等多種因素的影響, 通常其表達水平隨著餌料中LC-PUFA和C18-PUFA的升高而降低[51]。FAD6是LC-PUFA合成路徑中的主要限速酶, 通常在海水魚類和甲殼動物中表達水平較低[52, 53], 因此需要在其飼料中添加適量的LCPUFA才能保證其正常生長發(fā)育和免疫調節(jié)等功能[54]。本研究結果表明, 在50%以上的魚油替代水平時, 河蟹肝胰腺中的FAD6和FAD9的基因表達水平均有增加趨勢, 當替代水平超過50%時, 其表達水平略有下降。這可能是因為適量植物油替代魚油, 可以促進FAD6和FAD9的基因表達水平提高,有利于LC-PUFA的合成, 但是過量植物油替代魚油, 飼料中的C18:2n6和C18:3n3含量顯著升高, 這些C18-PUFA抑制了這兩種去飽和酶基因的表達。
3.3 魚油替代對Es-FABP的表達調控的影響
由于不同F(xiàn)ABPs可能與不同脂肪酸的結合力不同, 且飼料中植物油替代魚油導致飼料中脂肪酸組成發(fā)生變化, 故飼料中植物油替代魚油可能會影響FABPs的基因表達情況[11, 42]。斑馬魚(Danio rerio)的FABP3主要介導脂肪酸的轉運過程, 將脂肪酸運送到相關組織進行β-氧化為機體提供能量[55]; 鯰(Silurus asotus)的FABP10與18:1n-9具有較高親和力, 因此其表達水平容易受到飼料中18:1n-9水平的影響[42]。目前, 有關飼料中魚油替代對水生動物FABP表達影響的研究較少, 且結論并不一致, 如大西洋鮭肝臟中的FABP10基因的表達水平不受飼料脂肪源影響[41, 56]; 但飼料中豆油替代魚油可以顯著提高團頭魴(Megalobrama amblyce-phala)和日本沼蝦(Macrobrachium nipponense)的FABP基因表達水平[56, 57]。造成這種差異的原因可能與FABP種類、魚油替代脂肪源和不同水生動物脂代謝的特性有關。本研究結果表明, 豆油和菜籽油混合替代魚油后, 河蟹肝胰腺中FABP3、FABP9和FABP10-mRNA表達水平均出現(xiàn)先上升后下降趨勢, 但是僅Es-FABP3-mRNA水平出現(xiàn)顯著變化, 這可能與這三種FABP與不同脂肪酸的結合效率有關,因此其mRNA表達水平對飼料中脂肪酸變化的響應有所不同。本研究中, 隨著魚油替代水平的升高,飼料中18:1n-9、C18:2n6和C18:3n3含量均顯著上升, 人類H-FABP與18:1n-9親和力較高[58], 推測這些脂肪酸含量的上升促進了其Es-FABP3-mRNA表達水平的提高。
綜上所述, 河蟹脂肪酸代謝和轉運相關基因在肝胰腺中表達水平最高, 肝胰腺中脂肪酸去飽和酶和碳鏈延長酶受飼料中不同魚油替代水平的影響較大, 不同脂肪酸結合蛋白的mRNA表達水平對飼料中魚油替代水平的響應有所不同。進一步研究需要探明河蟹關鍵脂肪酸合成酶和轉運蛋白對不同脂肪酸的作用效率和優(yōu)先順序, 從而為河蟹飼料中植物油合理替代魚油提供科學依據(jù)。
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EFFECTS OF FISH OIL REPLACEMENT BY VEGETABLE OILS IN FATTENING DIETS ON THE RELATED GENE EXPRESSION OF FATTY ACID METABOLISM OF ADULT MALE CHINESE MITTEN CRAB, ERIOCHEIR SINENSIS
LIU Ze-Hua1, WU Xu-Ga1, 2, LONG Xiao-Wen1, ZHAO Lei1, LI Jia-Yao1, 2and CHENG Yong-Xu1, 2
(1. Key Laboratory of Exploration and Utilization of Aquatic Genetic Resources, Ministry of Education, Shanghai Ocean University,Shanghai 201306, China; 2. Collaborative Innovation Center of Aquatic Animal Breeding Center Certificated by Shanghai Municipal Education Commission, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)
Fish oil is one of the major aquafeed ingredients, however, the world fish oil production could not meet the demand of global aquafeed industry. Thus, fish oil replacement have became a hot topic for the research and development of aquaculture. Chinese mitten crab Eriocheir sinensis is an important aquaculture species in China, and the previous study has shown the dietary substitution of fish oil with vegetable oil negatively impact the gonadal development and nutritional quality of this species possibly via lipid metabolism. The present study investigated the expression pattern of fatty acid metabolism-related genes, including fatty acyl elongase (Es-FAE), Δ9 fatty acyl desaturase (Es-FAD9), Δ6 fatty acyl desaturase (Es-FAD6b), fatty acid-binding protein 3 (Es-FABP3), fatty acid-binding protein 9 (Es-FABP9) and fatty acid-binding protein 10 (Es-FABP10), and their expression by different fish oil replacement levels (i.e. 0, 25%, 50%, 75% and 100%) in the hepatopancreas of E. sinensis. The results indicated that Es-FAE, Es-FAD9 and Es-FAD6b had the highest expression levels in hepatopancreas but low expression levels in heart and haemolymph, and that Es-FABP3, Es-FABP9 and Es-FABP10 were mainly distributed in hepatopancreas, muscle, seminal and accessory gland whereas the relatively low expression levels in stomach, intestine and heart. The Es-FAE-mRNA expression level in hepatopancreas significantly increased with the increasing dietary fish oil replacement levels. Diet 2# treatment had significantly higher Es-FAD6b-mRNA expression level than the Diet 3# treatment but no significant difference among other treatments. Decreasing dietary fish oil contents reduced the expression of the Es-FAD9 in hepatopancreas but without significant difference. (3) Diet 2# and Diet 3# but not other treatments significantly induced Es-FABP3-mRNA expression in hepatopancreas (P<0.05). Dietary fish oil replacement did not significantly regulate Es-FABP9 and Es-FABP10-mRNA expression but had trend of ‘low-high-low' in the hepatopancreas among the five treatments. These results indicated that hepatopancreas had the highest mRNA expression of the genes related to fatty acid metabolism and transportation, and that dietary fish oil replacement had significant effects on their expression.
Eriocheir sinensis; Fish oil replacement; Fattening diet; Fatty acid metabolism; Fatty acid-binding protein
S917
A
1000-3207(2016)04-0767-12
10.7541/2016.101
2016-01-25;
2016-04-25
上海市科學技術委員會科研項目(13320502100, 13231203504); 科技部港澳臺科技合作專項項目(2014DFT30270); 國家自然科學基金項目(31472287, 31302159); 上海高校水產(chǎn)學一流學科建設項目(2012-62-0908)資助 [Supported by the Projects (13320502100 and 13231203504) from Shanghai Municipal Science and Technology Commission; the Hongkong, Macao and Taiwan Science and Technology Cooperation Projects (2014DFT30270); a Grant from Nature Science Foundation of China (31472287 and 31302159) and the Shanghai Universities First-class Disciplines Project of Fisheries (No.2012-62-0908) from Shanghai Municipal Education Committee]
劉澤華(1991—), 女, 黑龍江人; 在讀研究生; 研究方向為水產(chǎn)動物營養(yǎng)與生理。E-mail: 626288766@qq.com
吳旭干(1978—), 男, 副教授; E-mail: xgwu@shou.edu.cn