大菱鲆对饲料蛋白源的分子代谢机理研究

There is a high demand for fishmeal replacement and alternative protein resources to maintain the sustainability of aquaculture and food security. Better understanding the molecular metabolism of protein sources in fish will pave the basis and guide to new routes to address this challenge. Using turbot as the animal model, we will follow the whole physiological process of protein utilization by fish, including digestion, absorption, transportation, nutritional regulation, and metabolism. The effects of diet processing and nutritional signaling modulators on the efficiency of protein utilization will be further evaluated. Thus, our results will be expected to uncover the mechanism of protein source metabolism, and provide new routes for better protein utilization in fish.

实现水产饲料鱼粉替代，开发新蛋白源是保证我国水产养殖业可持续发展、保障粮食安全的重大需求。深入研究鱼类对蛋白源利用的分子代谢机理将为应对这一重大需求提供理论基础，并指导提出可行途径。本项目以重要经济鱼类-大菱鲆为研究对象，跟踪鱼类摄入蛋白源后的整个生理过程，包括消化吸收转运、营养信号调控、代谢图谱进行系统研究，并评估加工处理、添加营养信号调控剂对蛋白源利用效率的影响，以期阐明鱼类利用蛋白源的分子代谢机理，提出实现蛋白源高效利用的新途径。

水产养殖在保障我国粮食安全中发挥着重要作用，水产养殖动物尤其是鱼类高度依赖高质量的鱼粉，但鱼粉资源的短缺已经成为限制我国水产饲料行业发展的主要瓶颈。因此，实现蛋白质的高效利用、开发新蛋白源是保证我国水产养殖业可持续发展的重要前提。目前关于提高非鱼粉蛋白源替代效果的研究主要关注养殖鱼类在投喂不同饲料蛋白源情况下的生长表现和组织水平上的分析，缺乏对蛋白质代谢、氨基酸感知机理深入的探讨。本项目选取我国重要养殖鱼类——大菱鲆为研究对象，系统分析了不同蛋白源对鱼体游离氨基酸代谢、氨基酸转运载体、细胞代谢通路活性的影响，解析了鱼类生长差异的分子调控机制。主要开展工作如下:（1）分析了大菱鲆在进食不同动植物蛋白源后，鱼体不同组织的游离氨基酸代谢库的变化，结果表明豆粕和肉骨粉替代饲料鱼粉蛋白后，均显著降低大菱鲆血浆和肌肉游离氨基酸水平，补充外源必需氨基酸后可缓解替代后血浆游离氨基酸的降低，但对肌肉游离氨基酸无改善作用。(2)揭示了大菱鲆进食不同动植物蛋白源后营养信号调控网络的变化。结果表明，大菱鲆摄食豆粕或肉骨粉饲料后，肝脏和肌肉中TOR系统关键蛋白AKT、TOR、S6和4E-BP1的磷酸化水平较鱼粉组显著降低，添加氨基酸对其无明显改善作用。并且豆粕或肉骨粉饲料显著提高AAR信号通路活性。(3)分析了大菱鲆对饲料蛋白源的代谢关键节点，结果表明，豆粕和肉骨粉替代鱼粉后显著降低了葡萄糖和脂肪酸的合成过程，显著升高了脂肪酸β氧化过程，并提高了大菱鲆肌肉组织蛋白质降解信号通路的活性。(4)解析了加工处理与信号调节对饲料蛋白源利用与分子代谢的影响。结果表明，利用发酵技术可显著提到豆粕替代率，添加TOR信号通路激活剂可有效促进生长。本项目在分子水平上系统解析了不同蛋白源对鱼类蛋白质营养代谢的影响。并评估加工处理、添加营养信号调节剂对蛋白源利用效率的作用，阐明了鱼类利用蛋白源的分子代谢基础，并为提高鱼类利用蛋白源效率提供了新的思路。