EnglishPhân tích tương quan hồ sơ chuyển hóa và phiên mã:
So với các chất chuyển hóa khác biệt của tôm giữa nhóm đối chứng và ba nhóm phospholipid, con đường phổ biến nhất là “chuyển hóa glycerophospholipid” và “sinh tổng hợp glycosylphosphatidylinositol (GPI)” (PIV > 0,05, Hình 11A–C). Các con đường trao đổi chất của “chuyển hóa axit alpha-linolenic”, “chuyển hóa axit arachidonic” và “chuyển hóa glycerolipid” đều được xác định trong các phương pháp điều trị thử nghiệm bằng lecithin lòng đỏ trứng và dầu nhuyễn thể (PIV < 0,05, Hình 11B, C). Dựa trên thông tin phiên mã, các gen được biểu hiện khác nhau trong nhóm dầu nhuyễn thể cũng được làm phong phú hơn trong con đường “chuyển hóa axit arachidonic” (Hình 9C). Con đường “chuyển hóa sphingolipid” chỉ được xác định ở tôm được nuôi bằng chế độ ăn có dầu nhuyễn thể (PIV > 0,05, Hình 11C).
Hình 11: Phân tích toàn diện về phân tích lipidomic và phiên mã. Phân tích con đường của các chất chuyển hóa khác biệt. (A) Con đường kiểm soát phong phú so với SL. (B) Con đường kiểm soát phong phú so với EL. (C) Con đường kiểm soát phong phú so với KO. (D) Phân tích tương quan giữa các chất chuyển hóa khác biệt và các gen biểu hiện khác nhau. Hình vuông màu đỏ là mối tương quan dương, trong khi hình vuông màu xanh là mối tương quan âm và ý nghĩa thống kê được biểu thị bằng *(p < 0,05), **(p < 0,01).
Kết quả phân tích tương quan của Spearman được thể hiện trên Hình 11D. Theo thống kê, HSL cho thấy mối tương quan tích cực đáng kể với 7 chất chuyển hóa khác nhau, bao gồm TG, PA, PS, PE, GlcCer, PG và PI, nhưng cho thấy mối tương quan nghịch đáng kể với 5 chất chuyển hóa khác biệt là DG, Sph, LPE, SM. và LPC. Giống Glucosylceramidase (GBA2) cho thấy mối tương quan dương đáng kể với 6 chất chuyển hóa khác nhau, bao gồm TG, PA, PE, GlcCer, PG và PI, nhưng có mối tương quan nghịch đáng kể với ba chất chuyển hóa khác biệt, bao gồm DG, LPE và SM. Giống Annexin B10 (AnxB10) cho thấy mối tương quan tích cực đáng kể với 2 chất chuyển hóa khác nhau là DG và SM, nhưng có mối tương quan tiêu cực đáng kể với 7 chất chuyển hóa khác biệt là TG, PC, PA, PS, PE, PG và PI. Hơn nữa, PLA2 cho thấy mối tương quan nghịch đáng kể với Cer.
Dựa trên phân tích tất cả các kết quả, chúng tôi đề xuất rằng việc huy động lipid, chuyển hóa lipid và chuyển hóa axit amin cùng tham gia vào quá trình tổng hợp hormone sterol và cuối cùng thúc đẩy quá trình hình thành vitellogen và phát triển buồng trứng ở tôm (Hình 12).
Hình 12: Một mạng lưới trao đổi chất tích hợp giả định gồm các chất chuyển hóa và gen khác biệt quan trọng theo các con đường quan trọng được xác định bằng phân tích đa hệ sau khi ăn dầu Krill làm nguồn thức ăn phospholipid dựa trên cơ sở dữ liệu về con đường KEGG. Khung màu vàng tượng trưng cho quá trình chuyển hóa axit amin. Khung dưới màu tím tượng trưng cho quá trình chuyển hóa lipid. Ô phía dưới màu xám biểu thị một quá trình trao đổi chất phụ kiện khác. Khung phía dưới màu hồng tượng trưng cho hormone. Ký hiệu gen đại diện cho gen trung tâm của con đường. Mũi tên màu xanh biểu thị quy định của hạ lưu. Mũi tên màu xanh chỉ hướng đường dẫn.
Thảo luận:
Dinh dưỡng tối ưu cho tôm bố mẹ là điều cần thiết cho sự trưởng thành tuyến sinh dục của tôm và được coi là yếu tố then chốt để sinh sản thành công. Phospholipid là thành phần chính được tìm thấy trong mô buồng trứng của tôm, nhưng hiệu quả tổng hợp phospholipid cực kỳ thấp và không thể đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho sự trưởng thành tuyến sinh dục ở tôm. Vì vậy, việc bổ sung phospholipid vào khẩu phần là cần thiết để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho sự trưởng thành của tuyến sinh dục. Dựa trên các nghiên cứu trước đây, hàm lượng lecithin đậu nành 4% có thể góp phần vào sự phát triển và trưởng thành tuyến sinh dục của tôm thẻ chân trắng. Kết quả tổng thể về hormone, phiên mã và lipidomic trong buồng trứng của tôm thẻ chân trắng, cho thấy dầu Krill có lợi hơn cho sự phát triển trưởng thành của buồng trứng so với chế độ ăn lecithin đậu nành và lòng đỏ trứng. Kết quả tương tự cũng được tìm thấy trong một nghiên cứu về E. sinensis, cho thấy dầu Krill là lựa chọn phospholipid tốt nhất trong chế độ ăn uống cho sự trưởng thành của tuyến sinh dục.
Trong quá trình trưởng thành của tuyến sinh dục của động vật giáp xác, lipid là nhiên liệu quan trọng cho quá trình sinh tổng hợp các chất trong lòng đỏ và có thể được hấp thụ bởi các tế bào trứng đang phát triển. Gan tụy đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa và lưu trữ lipid ở động vật giáp xác, và lipid dự trữ được vận chuyển qua bạch huyết đến tuyến sinh dục để phát triển buồng trứng. Sự hiện diện của lipoprotein mật độ rất thấp trong huyết thanh chịu trách nhiệm chính cho việc vận chuyển chất béo trung tính từ gan tụy đến mô ngoại biên. Nghiên cứu hiện tại cho thấy chỉ số sinh dục cao nhất và thời gian ủ bệnh ngắn hơn ở tôm bố mẹ được nuôi bằng chế độ ăn bằng dầu Krill, điều này trùng hợp với nồng độ cholesterol toàn phần trong huyết thanh cao nhất và nồng độ lipoprotein mật độ rất thấp của tôm trong phương pháp điều trị này. Kết quả này cho thấy sự huy động lipid tăng lên từ gan tụy đến buồng trứng, như đã được báo cáo trước đây ở tôm bố mẹ Marsupenaeus japonicas và E. sinensis. Phân tích lipidomic trong nghiên cứu này khẳng định thêm rằng là thành phần chính của lipid trung tính, hàm lượng chất béo trung tính (TG) trong buồng trứng của tôm được nuôi bằng chế độ ăn gồm lecithin lòng đỏ trứng và dầu nhuyễn thể đã tăng lên đáng kể và hàm lượng cao nhất được tìm thấy trong xử lý dầu Krill. Ngược lại, trong nghiên cứu của tôm thẻ và Scylla paramamosain, lecithin đậu nành có thể làm tăng đáng kể hàm lượng TG trong gan tụy. Trong nghiên cứu này, gen HSL có chức năng thủy phân các este khác nhau và huy động việc dự trữ lipid, cho thấy mối tương quan thuận đáng kể với hàm lượng TG buồng trứng và biểu hiện mRNA của HSL trong buồng trứng của một con đực. tôm được nuôi bằng chế độ ăn dầu Krill là cao nhất trong số tất cả các phương pháp điều trị. Dựa trên những kết quả này, lecithin lòng đỏ trứng và dầu nhuyễn thể trong chế độ ăn có thể thúc đẩy việc vận chuyển TG từ gan tụy đến buồng trứng hiệu quả hơn lecithin đậu nành bằng cách tham gia vào quá trình hình thành lipoprotein.
Trong khi đó, hàm lượng phosphatidylcholine (PC) trong mô buồng trứng của tôm được nuôi bằng chế độ ăn dầu nhuyễn thể là cao nhất trong nghiên cứu này. Các nghiên cứu trước đây đã đưa ra giả thuyết rằng PC trong phospholipid trong chế độ ăn uống có thể hoạt động như một nguồn cung cấp acyl cho lecithin cholesterol acyltransferase, chất này chuyển đổi cholesterol tự do thành este stero. Kết quả tương tự cũng được quan sát thấy ở P. trituberculatus cái, loài này có thể gián tiếp xác nhận vai trò của phospholipid trong việc vận chuyển cholesterol và chất béo trung tính. Ngoài ra, việc huy động lipid có thể cung cấp năng lượng cho sinh vật và tiếp tục chuyển đổi chúng thành steroid và tạo điều kiện thuận lợi cho Vg (13, 24). Mặc dù lecithin đậu nành và lecithin lòng đỏ trứng chứa hàm lượng PC cao, dầu Krill có thành phần phospholipid phong phú hơn và khả dụng sinh học cao hơn. Vì vậy, việc bổ sung dầu Krill vào khẩu phần có lợi hơn trong việc thúc đẩy sử dụng lipid và cung cấp năng lượng cho sự phát triển buồng trứng so với lecithin đậu nành và lecithin lòng đỏ trứng cho tôm.
Sự phát triển buồng trứng của tôm được kiểm soát bởi mạng lưới điều hòa thần kinh nội tiết phức tạp và tinh vi, đồng thời sự phát triển tế bào trứng và quá trình hình thành vitell đều được điều chỉnh bởi các hormone sinh sản. Hormon steroid đã được chứng minh là đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa nội tiết sinh sản. Trong số các hormone steroid sinh dục này, estrogen có tác dụng sinh lý quan trọng đối với sự phát triển của tuyến sinh dục và hành vi sinh sản, đặc biệt ở phụ nữ. Trong số các estrogen này, hormone nữ hoạt động mạnh nhất là estradiol. Trong nghiên cứu này, một con tôm được nuôi bằng chế độ ăn có dầu nhuyễn thể cho thấy sự tiết estrogen tăng lên nhưng khả năng tổng hợp hormone ức chế tuyến sinh dục ít hơn. 17β-Estradiol (E2) là estrogen chính có thể tạo ra sự tổng hợp tiền chất vitellin (Vg) trong quá trình phát triển gan và tế bào trứng. Là tiền chất của vitellin, Vg có thể liên kết estradiol tại vị trí liên kết lipid của nó và sau đó được vận chuyển từ gan tụy đến buồng trứng thông qua quá trình tan máu. Dựa trên điều này, dầu Krill có thể thúc đẩy quá trình hình thành vitell tốt hơn so với lecithin đậu nành và lecithin lòng đỏ trứng đối với tôm thẻ L. vannamei cái. Kết quả mô học buồng trứng đã chứng minh thêm rằng dầu krill có thể thúc đẩy sự lắng đọng hạt lòng đỏ trong buồng trứng hiệu quả hơn so với các nguồn và biện pháp kiểm soát phospholipid khác.
Ở động vật giáp xác, quá trình tổng hợp Vg được điều hòa bởi nhiều yếu tố nội tiết khác nhau. Một trong những yếu tố nội tiết là methyl farnesoate (MF), một loại hormone sesquiterpenoid được tiết ra bởi các cơ quan hàm dưới. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng MF có thể kích thích sự trưởng thành buồng trứng và sự hình thành vitell ở động vật giáp xác. Trong nghiên cứu này, dầu nhuyễn thể trong chế độ ăn có hiệu quả hơn lecithin đậu nành và lecithin lòng đỏ trứng trong việc thúc đẩy sự tiết MF ở L. vannamei, từ đó thúc đẩy sự trưởng thành buồng trứng và sự hình thành vitell. Các nghiên cứu về tôm thẻ chân trắng và Oziotelphusa senex senex cũng khẳng định tác dụng tăng cường này của MF. Trong khi đó, sự tiết GIH và MIH từ cuống mắt là thấp nhất ở tôm được nuôi bằng chế độ ăn dầu krill so với các phương pháp thử nghiệm khác. Kết hợp với phân tích hệ phiên mã và lipidomics, chúng tôi suy đoán rằng tác dụng hiệp đồng của các gen khác biệt (17β-HSD, CYP450 và PLA2) và các chất chuyển hóa khác biệt (glyceride, glycerophospholipids, axit a-linolenic và axit arachidonic) trong quá trình trao đổi chất cuối cùng sẽ thúc đẩy sự tiết hormone steroid ở tôm thẻ chân trắng.
Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng các vị trí tổng hợp estradiol ở động vật giáp xác có thể là buồng trứng và gan tụy, và quá trình tổng hợp của nó được chuyển đổi từ cholesterol dưới tác dụng của một loạt enzyme, bao gồm 17β-hydroxysteroid dehydrogenase (17β-HSDs), aromatase và 17α-hydroxylase được tìm thấy ở các loài giáp xác như Marsupenaeus japonicus. Trong kết quả phiên mã buồng trứng, 17β-HSD của gen trung tâm đã được xác định trong quá trình chuyển hóa axit béo ở tôm được nuôi bằng chế độ ăn dầu Krill. 17β-HSD là yếu tố chính xúc tác quá trình sinh tổng hợp và chuyển hóa steroid ở động vật có xương sống, và tác dụng điều hòa đối với sự phát triển tuyến sinh dục của sinh vật biển cũng đã được xác nhận. 17β-HSD có thể thúc đẩy sự chuyển đổi lẫn nhau giữa dạng hoạt động (17-hydroxy) và dạng không hoạt động (17-keto) của các steroid cụ thể theo cách phụ thuộc NADPH và tham gia vào quá trình chuyển hóa hormone giới tính. Ngoài ra, các gen biểu hiện khác nhau trong buồng trứng của tôm được nuôi bằng chế độ ăn dầu krill đã được làm phong phú thêm trong quá trình “chuyển hóa xenobiotic bằng cytochrome P450 (CYP450)”. Aromatase là CYP450(19), enzyme giới hạn tốc độ trong quá trình sinh tổng hợp estrogen, thông qua tương tác với NADPH-cytochrome P450 reductase (CPR) và xúc tác quá trình hydroxyl hóa ba bước để chuyển androgen (androstenedione và testosterone) thành estrogen (estrone và estradiol) . Do đó, dầu krill trong chế độ ăn có thể thúc đẩy bài tiết hormone steroid, đặc biệt là E2, tốt hơn lecithin đậu nành và lecithin lòng đỏ trứng, từ đó thúc đẩy sự phát triển buồng trứng.
Như đã đề cập ở trên, enzyme CYP450 có thể chuyển đổi nội tiết tố androgen thành estrogen. Các axit béo không bão hòa đa (PUFA), bao gồm axit arachidonic (ARA) và các chất chuyển hóa của nó, đã được chứng minh là có tác dụng điều chỉnh việc chuyển cholesterol từ bên ngoài sang màng bên trong của ty thể. Enzym CYP450 sử dụng cholesterol làm tiền chất để bắt đầu quá trình tổng hợp hormone steroid. Phân tích lipidomics cho thấy sự khác biệt về chất chuyển hóa lipid của tôm được nuôi bằng chế độ ăn gồm lecithin lòng đỏ trứng và dầu Krill. Con đường trao đổi chất của “chuyển hóa axit alpha-linolenic”, “chuyển hóa axit arachidonic” và “chuyển hóa glycerolipid” được xác định là những phản ứng đáng kể trong mô buồng trứng của tôm bằng phương pháp điều trị bằng chế độ ăn uống. Dựa trên thông tin về phiên mã buồng trứng, người ta phát hiện ra rằng các gen biểu hiện khác nhau ở tôm được nuôi bằng chế độ ăn dầu Krill cũng được làm phong phú hơn trong con đường “chuyển hóa axit arachidonic”. ARA là chất tiền thân của prostaglandin và được coi là chìa khóa trong việc tái tạo nhiều loài thủy sản. Phospholipase A2 (PLA2) có thể tổng hợp ARA từ phospholipid tế bào. Dầu Krill trong chế độ ăn đã điều chỉnh tăng đáng kể nồng độ PLA2 mRNA trong buồng trứng của tôm so với lecithin đậu nành và lecithin lòng đỏ trứng trong nghiên cứu này. Kết quả cho thấy dầu nhuyễn thể có nhiều khả năng thúc đẩy sự biểu hiện của PLA2 mRNA và huy động phospholipid của tế bào. Sau đó, ARA tự do có thể bị oxy hóa thông qua con đường CYP450 để tạo ra prostaglandin . Prostaglandin có thể thúc đẩy sự trưởng thành của buồng trứng, bao gồm cả quá trình hình thành vitellogen và rụng trứng ở nhiều loài giáp xác decapod. Nồng độ prostaglandin trong buồng trứng có mối tương quan chặt chẽ với sự phát triển của lòng đỏ trong chu kỳ buồng trứng ở M. rosenbergii . Dựa trên phân tích trên, quá trình trao đổi chất ARA ở tôm được kích hoạt sau khi ăn dầu Krill. Ngoài ra, các yếu tố liên quan đã tham gia vào quá trình tổng hợp prostaglandin, đây có thể là một trong những lý do cuối cùng thúc đẩy sự phát triển buồng trứng ở tôm thẻ chân trắng.
Trong nghiên cứu này, các gen biểu hiện khác biệt cụ thể ở tôm được nuôi bằng dầu Krill cũng liên quan đến các axit amin (tryptophan, methionine và arginine) liên quan đến quá trình trao đổi chất. Axit amin đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình sinh lý khác nhau. Việc giải phóng một số hormone có thể bị ảnh hưởng bởi lượng axit amin ăn vào trong chế độ ăn uống . Là một trong những chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển của buồng trứng, axit amin thúc đẩy sự trưởng thành và sinh sản của buồng trứng bằng cách thúc đẩy quá trình tổng hợp protein lòng đỏ, hormone polypeptide và enzyme. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung arginine vào chế độ ăn sẽ thúc đẩy sự gia tăng nồng độ ecdysterone trong huyết thanh của E. sinensis . Trong nghiên cứu này, con đường “chuyển hóa arginine” được làm giàu bằng các gen biểu hiện khác biệt đáng kể có thể tham gia vào việc điều hòa bài tiết MIH thông qua con đường Arginine-Nitric oxit (Arg-NO). Nitric oxit synthase (NOS) có thể xúc tác quá trình tổng hợp NO từ L-arginine, oxy, NADPH và NO và có thể khuếch tán tự do qua màng tế bào để tạo ra phản ứng ở các tế bào lân cận . NOS đã được xác định ở cua đất Gecarcinus Lateralis có tính tương đồng cao với trình tự gen NOS ở côn trùng và cho thấy mức độ biểu hiện NOS mRNA cao đáng kể ở buồng trứng, tinh hoàn và hạch cuống mắt .
Ở tôm trưởng thành, NOS điều chỉnh quá trình tổng hợp ecdapseoid trong cơ quan Y bên cạnh chức năng điều hòa thần kinh của nó . Hơn nữa, các nghiên cứu sơ bộ đã chỉ ra rằng NO có thể ức chế sự bài tiết MIH bằng cách điều chỉnh hoạt động của protein kinase phụ thuộc vào cGMP truyền tin thứ hai ở tôm và cua, thúc đẩy hơn nữa cơ quan Y sản xuất ecdysteroids và tổng hợp Vg. (72). Do dầu Krill trong chế độ ăn làm giảm đáng kể sự tiết MIH của tôm thẻ chân trắng nên chúng tôi suy đoán rằng việc hấp thụ dầu Krill có thể thúc đẩy quá trình chuyển hóa các chất phát triển tuyến sinh dục và có thể làm tăng quá trình tổng hợp lòng đỏ thông qua con đường Arg-NO. Trong số các con đường chuyển hóa tryptophan, 5-hydroxytryptamine (5-HT) là một monoamine được sản xuất bởi axit amin thiết yếu tryptophan và tham gia vào quá trình điều hòa polyamine. Ngoài ra, có bằng chứng cho thấy polyamine có liên quan đến sự phát triển nang trứng và rụng trứng ở động vật có vú cái và việc tổng hợp polyamine là cần thiết để sản xuất steroid trong buồng trứng.
Kết luận:
Nghiên cứu này đã thiết lập mối quan hệ giữa dinh dưỡng phospholipid và sự phát triển tuyến sinh dục của tôm thẻ bố mẹ. Tóm lại, việc bổ sung phospholipid vào khẩu phần ăn, đặc biệt là sử dụng dầu Krill làm nguồn phospholipid, có thể thúc đẩy sự phát triển mô buồng trứng của tôm thẻ chân trắng. Những lợi ích của việc bổ sung phospholipid trong chế độ ăn uống chủ yếu được thể hiện theo ba cách:
- (1) thúc đẩy tiết hormone sterol và tăng cường điều hòa hormone đối với sự phát triển của buồng trứng
- (2) chuyển hóa lipid (glyceride, glycerophospholipids, axit a-linolenic và axit arachidonic) làm phong phú thành phần lipid của buồng trứng và huy động lipid để cung cấp năng lượng cho sự phát triển của buồng trứng và thúc đẩy tích tụ lòng đỏ
- (3) chuyển hóa axit amin (tryptophan, methionine) , arginine) cũng tham gia vào quá trình tiết hormone steroid để thúc đẩy sự phát triển của buồng trứng.
Nguồn dịch từ : National Library of Medicine
