Ảnh hưởng của việc thay thế toàn bộ chế độ ăn dựa trên cá bằng chế độ ăn dựa trên thực vật lên bộ gen sao chép của gan của hai nửa giống cá chẽm châu Âu (Dicentrarchus labrax) với tốc độ tăng trưởng khác nhau khi ăn chế độ thực vật

Springer Science and Business Media LLC - 2011
Florian Geay1, Serena Ferraresso2, José‐Luis Zambonino-Infante1, Luca Bargelloni2, Claire Quentel3, Marc Vandeputte4, Sadasivam Kaushik5, Chantal Cahu1, David Mazurais1
1Ifremer, UMR 1067, Departement Physiologie Fonctionnelle des Organismes Marins, Technopôle Brest-Iroise, BP 70, 29280 Plouzané, France
2Department of Public Health, Comparative Pathology, and Veterinary Hygiene, Faculty of Veterinary Medicine, University of Padova, Vialedell'Università 16, 35020, Legnaro, Italy
3Anses, Laboratoire de Ploufragan/Plouzané, Agence nationale de sécurité sanitaire de l'aliment, de l'environnement et du travail, Technopôle Brest-Iroise, 29 280, Plouzané, France
4Ifremer, chemin de Maguelone, 34250, Palavas les Flots, France
5INRA-UMR Nutrition Aquaculture Génomique, Pôle Hydrobiologie, 64310, Saint Pée-sur-Nivelle, France

Tóm tắt

Tóm tắt Bối cảnh Nỗ lực sử dụng chế độ ăn không có bột cá hoặc dầu cá trong nuôi trồng thủy sản đã được triển khai hơn hai thập kỷ. Phản ứng trao đổi chất đối với việc thay thế các sản phẩm từ nguồn gốc động vật biển đã được chứng minh là ảnh hưởng đến hiệu suất tăng trưởng và hệ thống miễn dịch của cá cũng như giá trị dinh dưỡng của chúng, đặc biệt là ở các loài cá biển, vốn có khả năng tổng hợp axit béo không bão hòa đa mạch dài (LCPUFA) thấp. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là phân tích tác động của chế độ ăn dựa trên thực vật lên bộ gen sao chép của gan cá chẽm châu Âu (Dicentrarchus labrax). Kết quả Chúng tôi báo cáo các kết quả đầu tiên thu được bằng cách tiếp cận bộ gen sao chép trên gan của hai nửa giống cá chẽm châu Âu mà có tốc độ tăng trưởng tương tự khi ăn chế độ ăn dựa trên cá, nhưng có tốc độ tăng trưởng khác biệt đáng kể khi ăn chế độ thực vật. Biểu hiện gene tổng thể được phân tích bằng microarray DNA oligo (GPL9663). Phân tích thống kê đã xác định 582 gene có chú thích đặc trưng được biểu hiện khác nhau giữa các nhóm cá ăn hai chế độ ăn, 199 gene được điều chỉnh bởi các yếu tố di truyền, và 72 gene thể hiện sự tương tác giữa chế độ ăn và giống. Biểu hiện của các gene liên quan đến con đường tổng hợp LCPUFA và cholesterol được phát hiện tăng cường ở cá ăn chế độ thực vật, cho thấy sự kích thích của con đường lipogenic. Không phát hiện sự tương tác đáng kể giữa ăn uống và giống về việc điều hòa con đường tổng hợp LCPUFA qua phân tích microarray. Kết quả này đồng nhất với các hồ sơ LCPUFA, khi được phát hiện tương tự trong thịt của hai nửa giống. Thêm nữa, sự kết hợp dữ liệu bộ gen sao chép của chúng tôi cùng với phân tích các thông số miễn dịch trong huyết tương tiết lộ sự kích thích hoạt động bổ sung kèm theo sự thiếu hụt miễn dịch ở cá ăn chế độ thực vật, và trạng thái viêm khác nhau giữa hai nửa giống. Các quá trình sinh học liên quan đến sự phân giải protein, sự chuyển hóa amino axit, nối ghép RNA và đông máu cũng được phát hiện điều chỉnh bởi chế độ ăn, trong khi sự biểu hiện gene liên quan đến tổng hợp protein và ATP khác nhau giữa hai nửa giống. Kết luận Tổng thể, các nghiên cứu về biểu hiện gene, thành phần và sinh hóa đã chứng minh một loạt các tác động trao đổi chất và sinh lý gây ra do thay thế toàn phần cả bột cá và dầu cá trong chế độ ăn của cá chẽm châu Âu và tiết lộ các đặc điểm sinh lý liên quan đến hai nửa giống.

Từ khóa

#chế độ ăn dựa trên thực vật #cá chẽm châu Âu #bộ gen sao chép #tăng trưởng #LC-PUFA #hệ miễn dịch #sinh lý học #trao đổi chất

Tài liệu tham khảo

Barlow S: Fishmeal and oil: sustainable feed ingredients for aquafeeds. Global Aquaculture Advocate. 2000, 4: 85-88.

Kaushik S: Use of alternative protein sources for the intensive rearing of carnivorous fishes. Mediterranean Aquaculture. Edited by: Flos R, Tort L, Torres P. 1990, UK: Ellis Horwood, 125-138.

Tacon AGJ, Metian M: Global overview on the use of fish meal and fish oil in industrially compounded aquafeeds: Trends and future prospects. Aquaculture. 2008, 285 (1-4): 146-158.

Bell JG, Waagbø R: Safe and nutritious aquaculture produce: benefits and risks of alternative sustainable aquafeeds. Aquaculture in the ecosystem. Edited by: Holmer M, Black KD, Duarte CM, Marba N, Karakassis I. 2008, Netherlands: Springer Verlag, 185-225.

Benedito-Palos L, Navarro JC, Sitja-Bobadilla A, Bell JG, Kaushik S, Perez-Sanchez J: High levels of vegetable oils in plant protein-rich diets fed to gilthead sea bream (Sparus aurata L.): growth performance, muscle fatty acid profiles and histological alterations of target tissues. Br J Nutr. 2008, 100 (5): 992-1003.

Torstensen BE, Espe M, Sanden M, Stubhaug I, Waagbo R, Hemre GI, Fontanillas R, Nordgarden U, Hevroy EM, Olsvik P, et al: Novel production of Atlantic salmon (Salmo salar) protein based on combined replacement of fish meal and fish oil with plant meal and vegetable oil blends. Aquaculture. 2008, 285 (1-4): 193-200.

Panserat S, Ducasse-Cabanot S, Plagnes-Juan E, Srivastava PP, Kolditz C, Piumi F, Esquerre D, Kaushik S: Dietary fat level modifies the expression of hepatic genes in juvenile rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) as revealed by microarray analysis. Aquaculture. 2008, 275 (1-4): 235-241.

Vilhelmsson OT, Martin SAM, Medale F, Kaushik SJ, Houlihan DF: Dietary plant-protein substitution affects hepatic metabolism in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Br J Nutr. 2004, 92 (1): 71-80.

Kaushik SJ, Coves D, Dutto G, Blanc D: Almost total replacement of fish meal by plant protein sources in the diet of a marine teleost, the European seabass, Dicentrarchus labrax. Aquaculture. 2004, 230 (1-4): 391-404.

Bell MV, Dick JR, Porter AEA: Pyloric ceca are amajor site of 22:6n-3 synthesis in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Lipids. 2003, 39: 39-44.

Richard N, Kaushik S, Larroquet L, Panserat S, Corraze G: Replacing dietary fish oil by vegetable oils has little effect on lipogenesis, lipid transport and tissue lipid uptake in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Br J Nutr. 2006, 96 (2): 299-309.

Sargent JR, Tacon AG: Development of farmed fish: a nutrionnally necessary alternative to meat. proceedings of the Nutrition Society. 1999, 58: 377-383.

Geay F, Santigosa I, Culi E, Corporeau C, Boudry P, Dreano Y, Corcos L, Bodin N, Vandeputte M, Zambonino-Infante JL, Mazurais D, et al: Regulation of FADS2 expression and activity in European sea bass (Dicentrarchus labrax, L.) fed a vegetable diet. Comp Biochem Physiol B. 2010, 156: 237-243.

Montero D, Grasso V, Izquierdo MS, Ganga R, Real F, Tort L, Caballero MJ, Acosta F: Total substitution of fish oil by vegetable oils in gilthead sea bream (Sparus aurata) diets: Effects on hepatic Mx expression and some immune parameters. Fish & Shellfish Immunology. 2008, 24 (2): 147-155.

Montero D, Mathlouthi F, Tort L, Afonso JM, Torrecillas S, Fernandez-Vaquero A, Negrin D, Izquierdo MS: Replacement of dietary fish oil by vegetable oils affects humoral immunity and expression of pro-inflammatory cytokines genes in gilthead sea bream Sparus aurata. Fish & Shellfish Immunology. 2010, 29 (6): 1073-1081.

Benedito-Palos L, Saera-Vila A, Calduch-Giner JA, Kaushik S, Perez-Sanchez J: Combined replacement of fish meal and oil in practical diets for fast growing juveniles of gilthead sea bream (Sparus aurata L.): Networking of systemic and local components of GH/IGF axis. Aquaculture. 2007, 267 (1-4): 199-212.

Ghioni C, Tocher DR, Bell MV, Dick JR, Sargent JR: Low C-18 to C-20 fatty acid elongase activity and limited conversion of stearidonic acid, 18: 4(n-3), to eicosapentaenoic acid, 20: 5(n-3), in a cell line from the turbot, Scophthalmus maximus. Biochimica Et Biophysica Acta-Molecular and Cell Biology of Lipids. 1999, 1437 (2): 170-181.

Owen JM, Adron JW, Middleton C, Cowey CB: Elongation and desaturation of dietary fatty acids in turbot Scophthalmus maximus L., and rainbow trout, salmo gairdnerii rich. Lipids. 1975, 10 (9): 528-531.

Tocher DR, Ghioni C: Fatty acid metabolism in marine fish: Low activity of fatty acyl Delta 5 desaturation in gilthead sea bream (Sparus aurata) cells. Lipids. 1999, 34 (5): 433-440.

Bell JG, Tocher DR, Farndale BM, Cox DI, McKinney RW, Sargent JR: The effect of dietary lipid on polyunsaturated fatty acid metabolism in Atlantic salmon (Salmo salar) undergoing Parr-Smolt transformation. Lipids. 1997, 32 (5): 515-525.

Bell JG, Tocher DR, Macdonald FM, Sargent JR: Effects of diets rich in linoleic (18:2n-6) and alpha-linolenic (18:3n-3) acids on the growth, lipid class and fatty-acid compositions and eicosanoid production in juvenile turbot (Scophthalmus maximus L.). Fish Physiol Biochem. 1994, 13 (2): 105-118.

Montero D, Kalinowski T, Obach A, Robaina L, Tort L, Caballero MJ, Izquierdo MS: Vegetable lipid sources for gilthead seabream (Sparus aurata): effects on fish health. Aquaculture. 2003, 225 (1-4): 353-370.

Tavares-Dias M, Oliveira SR: A review of the blood coagulation system of fish. Revista Brasileira de Biociências. 2009, 7 (2): 205-224.

Dupont-Nivet M, Medale F, Leonard J, Le Guillou S, Tiquet F, Quillet E, Geurden I: Evidence of genotype-diet interactions in the response of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) clones to a diet with or without fishmeal at early growth. Aquaculture. 2009, 295 (1-2): 15-21.

Palti Y, Silverstein JT, Wieman H, Phillips JG, Barrows FT, Parsons JE: Evaluation of family growth response to fishmeal and gluten-based diets in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquaculture. 2006, 255 (1-4): 548-556.

Pierce LR, Palti Y, Silverstein JT, Barrows FT, Hallerman EM, Parsons JE: Family growth response to fishmeal and plant-based diets shows genotype × diet interaction in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquaculture. 2008, 278 (1-4): 37-42.

Le Boucher R, Vandeputte M, Dupont-Nivet M, Quillet E, Mazurais D, Robin J, Vergnet A, Médale F, Kaushik S, Chatain B: A first insight into genotype × diet interactions in European sea bass (Dicentrarchus labrax L. 1756) in the context of plant-based diet use. Aquaculture Research. 2010, 1-10.

Ferraresso S, Vitulo N, Mininni AN, Romualdi C, Cardazzo B, Negrisolo E, Reinhardt R, Canario AVM, Patarnello T, Bargelloni L: Development and validation of a gene expression oligo microarray for the gilthead sea bream (Sparus aurata). Bmc Genomics. 2008, 9:

Cho C: Feeding systems for rainbow trout and other salmonids with reference to current estimates of energy and protein requirements. Aquaculture. 1992, 100 (1-3): 107-123.

Carter C, Houlihan D, Kiessling A, Medale F, Jobling M: Food intake in fish. 2001, Oxford: Blackwell Science

Folch J, Lees M, Sloane-Stanley GH: A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues. J Biol Chem. 1957, 226: 497-509.

Juaneda P, Rocquelin G: Rapid and convenient separartion of phospholipids and non phosphorus lipids from rat heart using silica cartridges. Lipids. 1985, 20 (1): 40-41.

Grinde B, Lie O, Poppe T, Salte R: Species and individual variation in lysozyme activity in fish of interest in aquaculture. Aquaculture. 1988, 68 (4): 299-304.

Yano T: Assays of haemolytic complement activity. Techniques in Fish Immunology. Edited by: Stolen JS, Fletcher TC, Anderson DP, Kaattari SL, Rowley AF. 1992, USA, 2:

Ferraresso S, Milan M, Pellizzari C, Vitulo N, Reinhardt R, Canario AVM, Patarnello T, Bargelloni L: Development of an oligo DNA microarray for the European sea bass and its application to expression profiling of jaw deformity. Bmc Genomics. 2010, 11:

Barbacioru CC, Wang YL, Canales RD, Sun YMA, Keys DN, Chan F, Poulter KA, Samaha RR: Effect of various normalization methods on Applied Biosystems expression array system data. Bmc Bioinformatics. 2006, 7:

Carter CG, Hauler RC: Fish meal remplacement by plant meals in extruded feeds for Atlantic salmon, Salmo salar L. Aquaculture. 2000, 185: 299-311.

de Francesco M, Parisi G, Medale F, Lupi P, Kaushik SJ, Poli BM: Effect of long-term feeding with a plant protein mixture based diet on growth and body/fillet quality traits of large rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquaculture. 2004, 236 (1-4): 413-429.

Leaver MJ, Villeneuve LAN, Obach A, Jensen L, Bron JE, Tocher DR, Taggart JB: Functional genomics reveals increases in cholesterol biosynthetic genes and highly unsaturated fatty acid biosynthesis after dietary substitution of fish oil with vegetable oils in Atlantic salmon (Salmo salar). Bmc Genomics. 2008, 9:

Panserat S, Kolditz C, Richard N, Plagnes-Juan E, Piumi F, Esquerre D, Medale F, Corraze G, Kaushik S: Hepatic gene expression profiles in juvenile rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fed fishmeal or fish oil-free diets. Br J Nutr. 2008, 100 (5): 953-967.

Leaver MJ, Bautista JM, Bjornsson BT, Jonsson E, Krey G, Tocher DR, Torstensen BE: Towards Fish Lipid Nutrigenomics: Current State and Prospects for Fin-Fish Aquaculture. Reviews in Fisheries Science. 2008, 16: 73-94.

Zheng X, Tocher DR, Dickson CA, Bell JG, Teale AJ: Highly unsaturated fatty acid synthesis in vertebrates: new insights with the cloning and characterization of a Δ6 desaturase of Atlantic salmon. Lipids. 2005, 40: 13-24.

Palmerini CA, Mazzoni M, Giovinazzo G, Arienti G: Blood lipids in Antarctic and in Temperate-Water Fish Species. Journal Membrane Biology. 2009, 230: 125-131.

Bennati AM, Castelli M, Caruso D, Beccari T, Della Fazia MA, Servillo G, Roberti R: Sterol dependent regulation of human TM7SF2 gene expression supports a role of the encoded 3 beta-hydroxysterol Delta(14) reductase in cholesterol biosynthesis. Chemistry and Physics of Lipids. 2005, 136 (2): 118-119.

Drzewinska J, Pulaski L, Soszynski M, Bartosz G: Seladin-1/DHCR24: A key protein of cell homeostasis and cholesterol biosynthesis. Postepy Higieny I Medycyny Doswiadczalnej. 2009, 63: 318-330.

Juvan P, Rezen T, Rozman D, Monostory K, Pascussi J, Belic A: Towards Identification of Gene Interaction Networks of Human Cholesterol Biosynthesis. Acta Chimica Slovenica. 2008, 55: 396-407.

Nwokoro NA, Wassif CA, Porter FD: Genetic disorders of cholesterol biosynthesis in mice and humans. Molecular Genetics and Metabolism. 2001, 74 (1-2): 105-119.

Pandit J, Danley DE, Schulte GK, Mazzalupo S, Pauly TA, Hayward CM, Hamanaka ES, Thompson JF, Harwood HJ: Crystal structure of human squalene synthase - A key enzyme in cholesterol biosynthesis. J Biol Chem. 2000, 275 (39): 30610-30617.

Welch CL, Xia YR, Shechter I, Farese R, Mehrabian M, Mehdizadeh S, Warden CH, Lusis AJ: Genetic regulation of cholesterol homeostasis: Chromosomal organization of candidate genes. Journal of Lipid Research. 1996, 37 (7): 1406-1421.

Fink M, Spaninger K, Prosenc U, Rozman D: High-fat medium and circadian transcription factors (Cryptochrome and Clock) contribute to the regulation of cholesterogenic Cyp51 and Hmgcr genes in mouse embryonic fibroblasts. Acta Chimica Slovenica. 2008, 55 (1): 85-92.

Mora MP, Tourne-Peteilh C, Charveron M, Fabre B, Milon A, Muller I: Optimisation of plant sterols incorporation in human keratinocyte plasma membrane and modulation of membrane fluidity. Chemistry and Physics of Lipids. 1999, 101 (2): 255-265.

Ratnayake WMN, L'Abbe MR, Mueller R, Hayward S, Plouffe L, Hollywood R, Trick K: Vegetable oils high in phytosterols make erythrocytes less deformable and shorten the life span of stroke-prone spontaneously hypertensive rats. J Nutr. 2000, 130 (5): 1166-1178.

Dentin R, Girard J, Postic C: Carbohydrate responsive element binding protein (ChREBP) and sterol regulatory element binding protein-1c (SREBP-1c): two key regulators of glucose metabolism and lipid synthesis in liver. Biochimie. 2005, 87 (1): 81-86.

Horton JD, Shah NA, Warrington JA, Anderson NN, Park SW, Brown MS, Goldstein JL: Combined analysis of oligonucleotide microarray data from transgenic and knockout mice identifies direct SREBP target genes. P Natl Acad Sci USA. 2003, 100 (21): 12027-12032.

Kersten S: Regulation of lipid metabolism via angiopoietin-like proteins. Biochem Soc Trans. 2005, 33: 1059-1062.

Boujard T, Gelineau A, Coves D, Corraze G, Dutto G, Gasset E, Kaushik S: Regulation of feed intake, growth, nutrient and energy utilisation in European sea bass (Dicentrarchus labrax) fed high fat diets. Aquaculture. 2004, 231 (1-4): 529-545.

Regost C, Arzel J, Robin J, Rosenlund G, Kaushik SJ: Total replacement of fish oil by soybean or linseed oil with a return to fish oil in turbot (Psetta maxima) - 1. Growth performance, flesh fatty acid profile, and lipid metabolism. Aquaculture. 2003, 217 (1-4): 465-482.

Dias J, Huelvan C, Dinis MT, Metailler R: Influence of dietary bulk agents (silica, cellulose and a natural zeolite) on protein digestibility, growth, feed intake and feed transit time in European seabass (Dicentrarchus labrax) juveniles. Aquatic Living Resources. 1998, 11 (4): 219-226.

Hewitt KN, Walker EA, Stewart PM: Minireview: Hexose-6-phosphate dehydrogenase and redox control of 11 beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 activity. Endocrinology. 2005, 146 (6): 2539-2543.

Senesi S, Csala M, Marcolongo P, Fulceri R, Mandl J, Banhegyi G, Benedetti A: Hexose-6-phosphate dehydrogenase in the endoplasmic reticulum. Biological Chemistry. 2010, 391 (1): 1-8.

Guillaume J, Kaushik S, Bergot P, Métailler R: Nutrition et alimentation des poissons et crustacés. 1999, France: INRA, IFREMER

Cowey CB, Cho CY: Nutritional requirements of fish. Proceedings of the Nutrition Society. 1993, 52 (3): 417-426.

Kaushik SJ, Medale F: Energy-requirements, utilization and dietary supply to salmonids. Aquaculture. 1994, 124 (1-4): 81-97.

Dobly A, Martin SAM, Blaney SC, Houlihan DF: Protein growth rate in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) is negatively correlated to liver 20S proteasome activity. Comparative Biochemistry and Physiology a-Molecular & Integrative Physiology. 2004, 137 (1): 75-85.

Adachi T, Nakashima S, Saji S, Nakamura T, Nozawa Y: Roles of prostaglandin production and mitogen-activated protein-kinase activation in hepatocyte growth factor-mediated rat hepatocyte proliferation. Hepatology. 1995, 21 (6): 1668-1674.

Calder PC: Immunomodulation by omega-3 fatty acids. Prostaglandins Leukotrienes and Essential Fatty Acids. 2007, 77 (5-6): 327-335.

Skouteris GG, Ord MG, Stocken LA: Regulation of the proliferation of primary rat hepatocytes by eicosanoids. Journal of Cellular Physiology. 1988, 135 (3): 516-520.

Abdelwahab SA, Owada Y, Kitanaka N, Iwasa H, Sakagami H, Kondo H: Localization of brain-type fatty acid-binding protein in Kupffer cells of mice and its transient decrease in response to lipopolysaccharide. Histochemistry and Cell Biology. 2003, 119 (6): 469-475.

Bjorge L: The complement system - Structure, activation, regulation and functions. Tidsskrift for den Norske Laegeforening. 1999, 119 (2): 226-233.

Korver DR, Klasing KC: Dietary fish oil alters specific and inflammatory immune responses in chicks. J Nutr. 1997, 127 (10): 2039-2046.

Petrukhina GN, Kalugin SA, Makarov VA: The effect of N-3 polyunsaturated fatty acids on the blood coagulation system. Eksperimental'naya i Klinicheskaya Farmakologiya. 1997, 60 (1): 76-88.

Salbach PB, Specht E, Vonhodenberg E, Kossmann J, Janssentimmen U, Schneider WJ, Hugger P, King WC, Glomset JA, Habenicht AJR: Differential low-density-lipoprotein receptor-dependent formation of eicosanoids in human blood-derived monocytes. P Natl Acad Sci USA. 1992, 89 (6): 2439-2443.

Smith HR, Larsen GL, Cherniack RM, Wenzel SE, Voelkel NF, Westcott JY, Bethel RA: Inflammatory cells and eicosanoids mediators in subjects with late asthmatic responses and increases in airway responsiveness. Journal of Allergy and Clinical Immunology. 1992, 89 (6): 1076-1084.

Kanehisa M, Goto S, Hattori M, Aoki-Kinoshita KF, Itoh M, Kawashima S, Katayama T, Araki M, Hirakawa M: From genomics to chemical genomics: new developments in KEGG. Nucleic Acids Research. 2006, 34: D354-D357.

NRC: Nutrient Requirements of Fish. Edited by: Sciences NAo. 1993, Washington, DC, USA, 114-

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Thông tin tác giả