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长期膳食替代虹鳟鱼粉,鱼油

维维亚娜·拉扎罗托(Viviana Lazzarotto)博士 FrançoiseMédale博士 劳伦斯·拉罗奎特(Laurence Larroquet) GenevièveCorraze博士

对生长,全身脂肪酸和肠,肝基因表达的影响

虹鳟鱼
这项研究的结果表明,所测试的植物性饮食没有重大缺陷,需要对饲料配方进行细微调整,以进一步优化生长性能,同时节省海洋资源。图片来自USFWS。

在过去的三十年中,全球水产养殖产量的快速增长导致对水产饲料的需求增加。随着需求的增长,包括鱼粉和鱼油在内的传统成分的可用性并未增加,如今需要蛋白质和脂质的现成替代来源。许多研究已经评估了用植物成分代替鱼粉和鱼油的效果,并且近年来它们在商业水产饲料中的含量下降了。

然而,广泛使用植物产品具有几个已知的缺点,特别是关于植物和海洋饲料成分之间氨基酸,胆固醇和脂肪酸组成的差异,以及在植物饲料中发现的抗营养因子。这些成分上的差异会干扰饲料的利用,在高取代水平下会观察到某些负面影响。一些作者建议,在他们的实验中观察到的较低的生长主要与鱼粉的替代有关,而不是与鱼油的替代有关。

已知用海洋成分替代,尤其是用植物成分替代鱼油会极大地改变饮食中的脂肪酸组成。尽管植物油均不含n-3长链多不饱和脂肪酸,如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),但它们富含其他脂肪酸。如先前的研究所示,其中用植物成分代替了鱼粉和鱼油,鱼组织中的脂肪酸组成随日粮中的脂肪酸组成而变化。

除了用植物来源代替海洋成分的传统措施(即生长性能和组织脂肪酸组成)以外,功能基因组学(即基因表达)的最新进展为更好地理解所涉及的基本分子途径提供了新的机会。鱼对新饮食的反应。

This article – summarized and adapted from the original (//doi.org/10.1371/journal.pone.0190730) – reports on a study to establish the long-term effects (seven and 13 months) of feeding rainbow trout a diet that substituted fishmeal and fish oil with increased levels of plant ingredients, and to document the persistence of these changes over time. To assess these effects at the molecular level, we used a microarray approach combined with RT-qPCR analysis on selected genes.

感谢LéesAthas(法国比利牛斯大西洋)的INRA实验设施中的P. Maunas和N. Turonnet,感谢他们的鱼类饲养,并感谢F. Sandres,F。Terrier和A. Lanuque生产了实验饲料和鱼类(INRA,Donzaq) , 法国)。我们感谢A. Le Cam和J. Montfort(法国雷恩,INRA)以及M. Cluzeaud和A. Herman(Saint-Pée​​-sur-Nivelle的INRA)提供技术援助。

研究设置

实验设计包括两个连续的时期。第一阶段从第一次进食到7个月,第二阶段从7到13个月。所有七个月大的鳟鱼都是“幼鱼”,而十三个月大的鳟鱼将被定义为“生长中的鱼”。

喂养试验的第一阶段在Lees-Athas的INRA鱼类设施(法国西南部的比利牛斯-大西洋省)进行。在实验开始时,将平均重量为135±1 mg的虹鳟鱼苗随机分配到12个水箱中(每箱310条鱼)。在整个试验过程中,使用了50升的储罐,并设定了水流量以确保氧气浓度超过90%的饱和度。

鱼暴露于自然光周期条件下,水温为7±1摄氏度。如此低的水温是鳟鱼发展初期的理想选择,因为它限制了疾病的风险,而这种疾病通常是在商业养鱼场中发生的。将鱼在这些饲养条件下饲养七个月。每三周对每个鱼缸中的鱼进行一次称重,以便随着实验的进行检查体重。

从第一次喂食开始的七个月的头一个阶段中,向鳟鱼喂了海洋M-饮食(基于鱼粉和鱼油)或商业化的C-饮食(46%的鱼粉和69%的鱼)用植物成分代替的食用油),或完全以植物为基础的V型饮食(100%植物蛋白和植物油),每种饮食提供四罐鱼。这三种实验饮食与Lazzarotto等人先前描述的饮食相同。 (小丸大小:1至3毫米)。每天用手喂鱼四次,直到明显饱食为止。

在试验的第二阶段,将鱼转移到位于Donzacq的INRA实验设施中。到达后,将每个饮食组中的鱼(例如M型,C型或V型鳟鱼)分成三个槽,每槽150个鳟鱼(总共九个槽)。将鱼适应新的饲养条件两周,并喂以各自的饮食。在第二个实验期开始时,鱼的平均重量为12.5克。

在整个试验过程中,使用了200升的储罐(最大储存密度:每立方米26千克),氧饱和度大于90%。鱼暴露在自然光周期条件下,水温为17±1摄氏度。该水温对应于虹鳟生长的热偏好。将鱼在这样的饲养条件下保持六个月,然后每三周对每个鱼缸中的鱼进行一次称重,以检查随着实验的进行体重的变化。

在试验的第二阶段使用的饮食所含成分与第一阶段相同。为了使配方适应不同的阶段和鱼的大小,在试验的第一部分和第二部分中使用的饮食中这些成分的比例略有不同。颗粒大小适应鱼的大小,在第二部分中,生长中的鱼接受4至5毫米的日粮。每天两次给鱼喂食,以明显的视觉饱腹感。

有关喂养试验和实验饮食的更多信息;采样;饮食的化学分析;血浆代谢物分析脂质和脂肪酸分析; RNA分离,微阵列杂交和分析;实时定量PCR(RT-qPCR);以及统计分析和数据挖掘,请查阅原始出版物。

植物性饮食:对生长和存活的影响

幼鱼和成鱼的存活率和体重数据在图1和2中给出。 1和2。在试验的第一阶段结束时(第一次进食时间后七个月),与进食C和M饮食的组相比,V进食组的存活率明显降低(65%比95%) ,这主要是由于V喂食组在头十二周记录的高死亡率。在试验的第二阶段,无论采用何种饮食疗法,存活率均未发现显着差异(整个时期为96–98%)。

图1:喂养试验的第一个阶段(左)和第二个阶段(右)的存活率。数据表示为平均值±标准偏差。鱼的生存率表示为每个实验阶段每个鱼缸中鱼的初始数量的幸存者百分比。 * V和C和M喂养鱼之间的统计差异显着。
图2:在喂食试验的第一阶段(左)和第二阶段(右),虹鳟鱼的体重。数据表示为平均值±标准偏差。在喂养试验的整个过程中,每3周对鱼进行一次称重。 * V和C和M饲喂鱼之间的统计差异显着。

鱼类的存活率仅在第一次喂食后的前十二周受到V-饮食的影响。这一结果可以反映出这样一个事实,即鱼类的早期发育阶段至关重要,因为它们在这段时间内经历了重要的形态和生理变化。

在第一个饲养期结束时(在7摄氏度摄食七个月),各组之间的体重没有显着差异,这些结果与先前的研究一致,该研究表明虹鳟鱼具有显着的生存能力并完全以植物性饮食为食,完全不含海洋成分。然而,在接下来的六个月中,在17摄氏度下喂养时,我们观察到了生长差异,用V型饮食喂养的鱼体重最低。

在我们的研究中,在摄氏7度的喂食期结束时没有差异很可能与水温低有关。的确,当M和C喂养的鱼在17摄氏度下饲养并且可以达到最佳生长性能时,完全基于植物的饮食的负面影响就显而易见了。这一结果支持了先前研究的发现,这些研究表明,鱼饲料中含有不同水平的植物成分,其生长性能较低,这主要与饲料摄入量和/或饲料效率的降低有关。

与M和C喂养的鱼相比,V饮食的成年鱼观察到较低的饲料效率值。尽管在统计学上不显着,但是饲料效率的下降可以解释在第二个饲养期结束时观察到的V型鱼体重降低。

基因表达在肠道中的变化

小肠在营养物质的消化和吸收中起着关键作用,并且对饮食的变化非常敏感,这是由中间代谢,细胞凋亡和免疫功能所引起的修饰(响应于水产饲料中的植物成分)所显示的。我们对青少年肠道的转录组分析显示,参与蛋白质分解代谢和其他过程的某些组织蛋白酶(蛋白酶或降解蛋白质的酶)的差异调节。

我们的研究结果表明,植物成分会影响虹鳟鱼的免疫反应,如先前在其他鱼类中所证实的那样,并表明肠道生理平衡受到损害,并且与先前在喂食植物的鲑鱼中观察到的养分吸收和消化变化有关。基础饮食。但是,需要进一步的研究来增进我们对某些酶在鱼肠中的生物学和生理作用的了解。

饮食中引入植物成分也会影响碳水化合物的代谢,在我们的研究中,我们观察到了整体的下调(在此过程中,细胞减少了对蛋白质或RNA等细胞成分的响应)外部刺激)编码与糖消化有关的酶的几种基因。

这些结果与在大西洋鲑鱼中观察到的糖降解相关基因的下调有关,这是由于饮食中包含植物成分而引起的。我们的结果可能表明,在饲喂试验期间虹鳟鱼适应了植物性饮食,或者出现了温度效应,这反映了该物种和鲷鱼在较高水温下利用淀粉的更大能力。

肝脏中的基因表达变化

肝脏可以说是最重要的代谢活性组织,它对通过肠道吸收的循环膳食营养产生反应。总之,本研究的分子和生理结果表明,虹鳟鱼可以通过增加参与胆固醇生物合成的基因的表达来应对饮食胆固醇的缺乏,而与发育阶段或饲养条件无关。同样,在青少年饮食中引入植物成分可增强参与能量途径的基因的表达。

肠道和肝脏中的基因表达变化

已知肝和肠在鱼类脂肪酸生物转化中很重要。先前研究用植物油替代鱼油饮食后鱼的基因表达反应的研究表明,无论使用哪种鱼和油,鱼的长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFA)合成途径均受到刺激。我们确定了进一步的证据,表明虹鳟鱼具有从膳食前体中合成LC-PUFA的能力。确实,通过V-饮食,从第一次进食开始,EPA和DHA的摄入量就为零,因此,体内脂质中回收的所有EPA和DHA均来自新合成。此外,与其他两种饮食相比,在喂食V型饮食的幼鱼和成年鱼的体内脂质中发现的EPA和DHA比例较低。

在可持续水产养殖的背景下,用较便宜的替代品和更容易获得的产品(例如养殖鱼饲料中的蔬菜来源)代替鱼粉和鱼油已成为普遍做法。已知这种饮食替代会影响鱼类不同水平的代谢反应,包括基因表达。但是,基于植物的饮食的长期影响仍然文献记载不足。

发现响应我们的实验饮食而在幼虫的肠和肝中差异表达的基因数量相对较低,除了获得的相对较低的总体倍数变化外,这表明饮食引起的修饰极少。

观点

这项研究表明,从初次喂养开始,完全以植物为基础的饮食对饲喂这种饮食的虹鳟鱼的代谢会有轻微影响。幼虫的肠和肝转录组中差异表达的代谢相关基因的比例相对较低,支持了这一结果。目前的工作很大程度上证实了先前在较短的喂养时间内进行的研究的结果,特别是涉及胆固醇和脂肪酸生物转化的基因表达的变化。

我们的研究表明,饮食诱导的脂质代谢分子和生化变化可以长期维持。相反,对于涉及蛋白质分解代谢,免疫力和脂肪酸分解代谢的几种基因,我们观察到差异调控,这可能与不同的发育阶段和/或饲养温度的差异有关。

我们还通过在虹鳟鱼的饮食中引入植物成分,特别是与肠蠕动相关的基因,来表征受鱼肠中营养压力影响的新分子演员。我们的结果为开发新型植物性饲料提供了框架,以进一步减少水产养殖对海洋渔业资源的依赖。

原始出版物中提供了参考。


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