凡纳滨对虾对饲料中鱼粉替代物的响应机制研究

发布时间：2020-07-27 13:34

【摘要】：本研究以凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)这一重要经济养殖种类为研究对象,分别以生物絮团、青贮鱼粉和发酵豆粕部分替代凡纳滨对虾饲料中的鱼粉,进行养殖实验,从mTOR信号通路、肠道菌群、代谢组和蛋白质组等方面探究凡纳滨对虾对不同鱼粉替代物的响应机制。具体研究结果如下:1、生物絮团替代凡纳滨对虾饲料中鱼粉的生产应用评估以初始体重为7.76±0.61 g的凡纳滨对虾为研究对象,在实际生产的尺度上探究生物絮团对凡纳滨对虾饲料中鱼粉的替代效果。实验设计和制作了两种等氮等脂的饲料:分别为全鱼粉组(FM)和以生物絮团替代15%的鱼粉组(BM),并选用一种商品化饲料作为对照(CD),在温棚内进行为期6周的生产尺度养殖。结果发现:BM组相对于FM组,在生长表现上并无显著性差异(P0.05),而BM组和FM组在生长表现上显著优于CD组(P0.05);在体成分方面,BM组和FM组的粗蛋白含量显著高于CD组(P0.05);在消化酶指标方面,BM组和FM组的胰蛋白酶酶活和基因表达水平也显著高于CD组(P0.05);在mTOR信号通路关键基因表达量上,BM组和FM组的tor基因和s6k基因的表达量并无显著性差异(P0.05),且二者的表达量较CD组均显著上调(P0.05)。以上结果说明以生物絮团替代15%的鱼粉在生产上是可行的,mTOR信号通路与生长之间具有密切关系。2、凡纳滨对虾mTOR信号通路和肠道菌群对饲料中青贮鱼粉替代鱼粉的响应以初始体重为0.26±0.03 g的凡纳滨对虾为研究对象,以青贮鱼粉替代凡纳滨对虾饲料中的鱼粉,通过养殖实验确定青贮鱼粉替代鱼粉的合理替代水平,并从mTOR信号通路和肠道菌群两方面研究凡纳滨对虾对青贮鱼粉这一鱼粉替代物的响应机制。实验设计了五种等氮等脂的饲料:分别为全鱼粉组(FM)以及分别以青贮鱼粉替代25%(FS25%)、50%(FS50%)、75%(FS75%)和100%(FS100%)的鱼粉,在温棚内进行为期8周的养殖实验。结果发现:鱼粉组(FM)和25%鱼粉替代组(FS25%)在生长表现上要显著优于其他高替代水平处理组(P0.05);在mTOR信号通路关键基因表达量上,FM和FS25%的tor基因和s6k基因的表达量也显著上调(P0.05);在肠道菌群方面,摄食不同替代水平青贮鱼粉对肠道菌群的组成和Beta多样性造成一定影响,而对肠道菌群丰度、Alpha多样性和功能影响并不显著(P0.05)。以上结果说明以青贮鱼粉替代凡纳滨对虾饲料中25%的鱼粉是较为合理的替代方案,摄食不同替代水平的青贮鱼粉很可能通过影响mTOR信号通路,进一步影响生长,且肠道菌群也是凡纳滨对虾对青贮鱼粉替代鱼粉响应机制中的重要因素。3、凡纳滨对虾mTOR信号通路和肠道菌群对饲料中发酵豆粕替代鱼粉的响应以初始体重为0.27±0.04 g的凡纳滨对虾为研究对象,以发酵豆粕替代凡纳滨对虾饲料中的鱼粉。实验设计了五种等氮等脂的饲料:分别为全鱼粉组(FM)以及分别以发酵豆粕替代10%(FSM10%)、20%(FSM20%)、30%(FSM30%)和40%(FSM40%)的鱼粉,在温棚内进行为期8周的养殖实验。结果发现:以发酵豆粕替代20%鱼粉处理组(FSM20%)在生长表现上要显著优于其他处理组(P0.05);在mTOR信号通路关键基因表达量上,FSM20%的tor基因和s6k基因的表达量也显著上调(P0.05);在肠道菌群方面,摄食不同替代水平发酵豆粕对肠道菌群的组成、多样性和功能均不造成显著影响(P0.05)。以上结果说明以发酵豆粕替代凡纳滨对虾饲料中20%的鱼粉是较为合理的替代水平,mTOR信号通路与生长之间具有密切关系,是凡纳滨对虾对发酵豆粕替代鱼粉响应机制中的重要一环。4、基于代谢组学和蛋白质组学筛选凡纳滨对虾体内对发酵豆粕替代鱼粉响应显著的信号通路本实验选取发酵豆粕替代鱼粉实验中生长表现差异较大的FM、FSM20%和FSM40%为研究对象,分别使用LC-MS和TMT技术进行代谢组学和蛋白质组学分析。结果发现:在FM与FSM40%、FM与FSM20%和FSM20%与FSM40%的比较中,分别鉴定到差异代谢产物29种、97种和61种,主要差异代谢产物集中在蛋白质消化和吸收、ABC转运蛋白和癌症中的中心碳代谢通路;在三个处理组中,共鉴定蛋白总数3877个,在FM与FSM40%、FM与FSM20%和FSM20%与FSM40%的比较中,分别发现差异表达蛋白202个、184个和179个,主要差异表达蛋白集中在胰高血糖素、溶酶体和蛋白质消化和吸收通路;代谢组学和蛋白质组学联合分析显示,蛋白质消化和吸收信号通路在三个处理组两两比较中均发生显著变化,说明凡纳滨对虾的这一信号通路对饲料中发酵豆粕替代鱼粉后做出显著响应。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S968.22
【图文】：

结构图,酿酒酵母,结构图,雷帕霉素

第 1 章绪论代物响应显著的信号通路提供了可能。1.3.1 mTOR 信号通路TOR（Target of rapamycin）最早的研究始于雷帕霉素这一免疫抑制剂在酿酒酵母中的作用，研究人员从酿酒酵母中鉴定到对雷帕霉素敏感的 TOR1 和 TOR2基因（Heitman 等., 1991）。随后，在高等哺乳动物中鉴定到了作为雷帕霉素物理靶点的 mTOR（Brown 等., 1994; Sabatini 等., 1994; Sabers 等., 1995）。mTOR 可以与多种蛋白相互作用形成至少两种不同的复合蛋白结构：mTORC1和mTORC2（图 1.1）。mTORC1 和 mTORC2 不仅在结构和组成上不同，更重要的不同点在于只有 mTOC1 对雷帕霉素敏感，且 mTORC1 还对生长因子、应激、能量和氨基酸等因素做出显著的响应（Laplante 和 Sabatini, 2011）。因此，对 mTOR 信号通路的研究也主要集中在 mTORC1 上。

示意图,信号通路,示意图

图 1.2 mTOR 信号通路简化示意图（Laplante 和 Sabatini, 2011）Fig. 1.2. A simplified view of the mTOR pathway (Laplante 和 Sabatini, 2011)由于 mTOR 信号通路在细胞生长和蛋白合成方面的重要作用，越来越多究人员将其作为畜禽或哺乳动物饲料营养学机制研究的重要环节（Jun 等.,014; Wang 等., 2013）。在水产动物营养研究方面，研究人员发现通过向饲料中加精氨酸、亮氨酸和色氨酸等氨基酸可以显著上调鱼类 mTOR 信号通路关键因的表达量，进一步促进鱼类的生长（Liang 等., 2016; Ren 等., 2015; Tang 等013）。到目前为止，还未见饲料中主要营养成分对凡纳滨对虾 mTOR 信号通

肠道菌群,免疫系统

应机制中的重要因素。1.3.2 肠道菌群肠道菌群被认为是人体非常重要的一个器官，其个体数量可达到 100 万亿，在数量上是人体细胞的十倍，编码的特有基因是人体基因组的上百倍（Ley等., 2006）。越来越多的证据表明，肠道菌群在营养代谢、病原抗性和免疫系统发育等发面起到关键作用（Hooper 和 Gordon, 2001）。尤其是在营养代谢方面，人们发现摄入食物种类的不同可以塑造肠道菌群的结构和功能，而反过来，肠道菌群又可以影响食物的吸收和代谢，决定摄入食物的营养价值，进而影响宿主的生长发育（Kau 等., 2011）。当营养不良的情况发生时，肠道菌群的结构会发生改变，作为病原体感染屏障的功能减弱，同时免疫系统受营养不良的直接影响以及肠道菌群功能的间接影响，对病原的抵抗力也会减弱，导致疾病发生和对宿主生长产生不利影响（图 1.3）。

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