饲料糖类物质对大菱鲆糖代谢酶活性和基因表达量的影响

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leegimars
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本文以海水肉食性鱼类大菱鲆(Scophthalmus maximus)为研究对象,探讨饲料中糖类对大菱鲆糖代谢酶活性和基因表达量的影响。主要研究结果如下:1.采用3×4双因素实验设计,以初始质量为(8.06±0.08)g的大菱鲆幼鱼为对象,研究在饲料中添加3种糖源(葡萄糖、蔗糖和糊精)及4个水平(0、5%、15%和28%)对大菱鲆肝脏糖酵解关键酶(己糖激酶(HK)、葡萄糖激酶(GK)、磷酸果糖激酶(PFK)、丙酮酸激酶(PK))和糖异生关键酶(磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)、1,6-二磷酸果糖酶(FBPase))活性的影响。结果表明:饲料糖添加量从0升高到15%时,大菱鲆的糖酵解酶GK和PK活性随饲料葡萄糖或糊精含量的增加而增加;当饲料中葡萄糖或糊精含量为28%时,GK和PK活性有下降的趋势。三种糖源的4个添加水平对HK和PFK活性均无显著影响(P>0.05)。添加不同水平的葡萄糖对大菱鲆糖异生途径的PEPCK活性无显著影响(P>0.05),但饲料中葡萄糖添加量为5%时显著促进了FBPase活性(P <0.05),当葡萄糖添加量升高为15%或28%时,FBPase活性与对照组无显著差异(P>0.05)。糊精作为饲料糖源时抑制了大菱鲆肝脏FBPase和PEPCK的活性,而添加不同水平的蔗糖对FBPase和PEPCK活性的影响均不显著(P>0.05)。总的来说,从大菱鲆幼鱼肝脏糖代谢角度而言,饲料添加15%的葡萄糖或糊精时,可以有效促进大菱鲆肝脏糖酵解能力;较添加葡萄糖,糊精在促进大菱鲆肝脏糖酵解的同时对糖异生存在一定程度的抑制。蔗糖作为饲料糖源时,仅在添加量为28%时显著促进糖酵解酶GK活性,糖酵解其他酶活性以及糖异生酶活性均不受蔗糖水平的显著影响。2.同时,我们利用RACE技术从大菱鲆肝脏中克隆得到了糖酵解关键酶葡萄糖激酶(GK)、糖异生关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(细胞质型和线粒体型,cPEPCK和mPEPCK)、果糖-1,6-二磷酸酶(FBPase)、葡萄糖-6-磷酸酶(两种不同亚型,G6Pase1和G6Pase2)的cDNA序列全长。分析发现:(1)大菱鲆GK序列全长2226bp,开放阅读框1434bp,编码478aa(序列登录号NO.JX678944)。其氨基酸序列与其他脊椎动物相比有较高的相似性,与金头鲷(Sparus aurata)同源性最高,为94%。其主要功能位点(ATP结合位点、葡萄糖结合位点、N-连接糖基化位点等)的氨基酸残基与其他脊椎动物的一致。大菱鲆GK在肝脏、肾、肠、心脏、鳃、肌肉、脑7个组织中均有表达,在肝脏中的表达量最高。(2)大菱鲆FBPase序列全长1314bp,开放阅读框共1014bp,编码337aa(序列登录号NO. KC184130)。其氨基酸序列与鲈鱼(Lateolabraxjaponicus)相似度最高,为96%。系统进化分析结果表明大菱鲆的FBPase序列可能为肝脏型,在肝脏中表达量最高,在肾中的表达量次之,鳃中最低。在大菱鲆中是否存在也肌肉型的FBPase,尚需要进一步研究证实。(3)从大菱鲆肝脏中克隆得到的G6Pase1和G6Pase2两个序列的同源性为52%:G6Pase1序列全长1641bp,开放阅读框1083bp,编码360aa(序列登录号NO. KC184131);G6Pase2序列全长1357bp,开放阅读框1058bp,编码352a(a序列登录号NO. KC184132)。G6Pase两种亚型都主要在肝脏、肠、肾脏中表达,其中肝脏中G6Pase1的表达量约为G6Pase2基因表达量的2.6倍。根据系统进化结果并分析功能结构域发现,从大菱鲆肝脏中克隆得到的G6Pase1可能为G6Pase基本型,G6Pase2可能为其他亚型。(4)大菱鲆肝脏中存在两种构型的PEPCK,cPEPCK全长2833bp,开放阅读框从134-2008bp,编码624aa(序列登录号KC149517);mPEPCK全长3124bp,开放阅读框从137-2044bp,编码635aa(序列登录号KC149516)。大菱鲆的cPEPCK与军曹鱼(Rachycentron canadum)的cPEPCK同源性最高,而mPEPCK与鲈鱼的mPEPCK同源性最高,在大菱鲆肝脏中的mPEPCK约占70%,而cPEPCK约为30%。大菱鲆的cPEPCK和mPEPCK氨基酸序列都同样具有和底物草酰乙酸结合的结构域、与GTP结合的激酶-1基序以及与Mg2+结合的激酶-2基序,由cPEPCK和mPEPCK氨基酸序列所反映的系统发育关系与传统分类基本一致。本研究结果表明,在大菱鲆中存在的上述糖代谢酶基因在进化过程中均是保守的,这一结果为研究大菱鲆糖代谢基因的表达调控机理提供了基础资料。3.在以上研究的基础之上,利用实时荧光相对定量法分析饲料糖源(葡萄糖、蔗糖和糊精)和糖水平(0、15%、28%)对大菱鲆肝脏糖代谢酶基因表达量的影响,研究结果表明:(1)饲料中糖显著促进了大菱鲆肝脏葡萄糖激酶(GK)的基因表达量,在葡萄糖添加量为15%时GK表达量与添加量为28%时无显著差异,但添加15%蔗糖或糊精时GK基因表达量都显著高于添加28%蔗糖或糊精时。(2)大菱鲆肝脏中线粒体型磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(mPEPCK)基因的表达量不受饲料糖源和添加水平的影响(P>0.05);细胞质型磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(cPEPCK)基因的表达量不受饲料中添加葡萄糖和蔗糖的影响(P>0.05),饲料添加糊精显著抑制了cPEPCK的表达(P <0.05)。(3)1,6-二磷酸果糖酶(FBPase)基因的表达量不受饲料中添加葡萄糖和蔗糖的影响(P>0.05);饲料添加糊精显著抑制了FBPase基因的表达(P <0.05)。(4)大菱鲆肝脏中存在两种亚型的葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase),其中饲料中糖类对G6Pase1的相对表达量均无显著影响(P>0.05);饲料中添加糊精对G6Pase2表达量无显著影响(P>0.05),但28%葡萄糖组的G6Pase2表达量显著低于添加15%时(P <0.05),15%蔗糖组的G6Pase2表达量显著高于对照组(P <0.05)。实验结果表明,在大菱鲆中饲料添加葡萄糖对GK基因表达的促进作用都显著高于添加糊精,大菱鲆GK活性和基因表达都受到饲料糖类的一致调控;在本实验条件下,糊精对大菱鲆肝脏糖异生酶(FBPase、cPEPCK)的基因表达存在一定程度的抑制,但对G6Pase的两种亚型都无影响;添加葡萄糖或蔗糖都对上述酶的基因表达无影响;大菱鲆肝脏mPEPCK的表达不受饲料糖的影响,为组成型表达。
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