Gckr敲除对红鲫氧化代谢及利用饲料糖的影响

Carbohydrate is the cheapest energy ingredient of fodder while fish cannot make effective utilization of fodder carbohydrate. It is focused by fish specialist about how to improve carbohydrate oxidation in fish recently. Glucokinase regulator ( gckr ) is reported as a negative regulator of glucose and its mutation in human could induce enhanced glucose oxidation. In this project, carbohydrate oxidation will be improved in red crucian carp by knockout of gckr. The gckr-knockout red crucian carp could be lower-cost culture and environment friendly with high efficiency in fodder carbohydrate usage and lower protein oxidation level. This improved red crucian carp will be an new germplasm resources and improve the utilization of fodder carbohydrate in hybrid fish. On the other hand, the effect of gckr knockout on carbohydrate, fat and protein oxidation in red crucian carp, from growth, physiology and molecular level, will be favorable to guiding the study that aim to improve carbohydrate utilization. This project is meaningful to fish breeding and nutrition.

糖类是最廉价的饲料能源，但鱼类却不能高效利用饲料中的糖进行氧化供能，如何提高鱼类对饲料糖的利用是近些年的研究热点。Gckr（葡萄糖激酶调节蛋白）是糖代谢的抑制因子，人类该基因的突变会促进葡萄糖氧化代谢。本项目拟通过敲除红鲫的gckr基因，消除gckr对葡萄糖磷酸化的抑制作用，以促进葡萄糖的氧化代谢，降低蛋白质氧化代谢，提高红鲫对饲料糖的利用能力，从而培育出一种养殖成本低、环境友好的新型红鲫，为杂交育种提供新的种质资源。同时，以gckr敲除红鲫为研究对象，结合生长速率和血糖、甘油三酯、肌肉成分等生理指标，及氧化代谢相关的基因表达差异，分析gckr敲除对红鲫的糖、脂肪和蛋白质氧化代谢的影响，为提高鱼类利用饲料糖的研究提供指导。该项目的研究对促进鱼类育种和鱼类营养研究都具有重要意义。

糖类是最廉价的饲料能源，但鱼类不能高效利用饲料中的糖进行氧化供能，提高鱼类葡萄糖氧化代谢对节约养殖成本和促进环境友好型鱼类养殖生态具有重要意义。GCKR是葡萄糖激酶调节蛋白，能够与葡萄糖激酶（GCK）结合调控糖酵解途径，有文献报道GCKR与 GCK结合降低了GCK的活性，从而抑制糖酵解途径，也有学者认为GCKR具有储存GCK的功能，在血糖升高时能迅速释放出大量GCK，迅速降低血糖。在该项目中，我们建立了多个gckr敲除品系，并对野生型和gckr-/-红鲫在正常养殖条件下的生长情况、血糖调节、糖代谢和脂肪代谢相关的生理指标和分子指标进行了检测。结果显示：正常养殖条件下，gckr-/-红鲫的生长显著快于相同条件下的野生型红鲫，且不影响肝脏和肌肉的组织学特征。敲除红鲫gckr导致摄糖后血糖调节滞后，血糖波动幅度变大。gckr-/-红鲫摄糖后初始阶段GCK含量、丙酮酸激酶(pk)转录表达水平显著低于野生型红鲫，说明敲除gckr导致红鲫摄糖后初始阶段糖酵解水平下降。敲除红鲫gckr对红鲫肝脏糖原的平衡没有明显影响，但导致肌糖原的累积。在脂肪代谢方面，敲除红鲫gckr抑制了摄糖后初始阶段过高水平的甘油三酯生成，降低了肝脏的脂肪负荷，在高糖养殖条件下， gckr-/-红鲫生成脂肪肝的概率更低。该项目研究结果表明，敲除gckr会降低红鲫的糖酵解水平，从而抑制摄糖后肝脏过高水平的甘油三脂生成，从而减少高糖条件下脂肪肝的发生，在一定程度上说明敲除gckr增加了红鲫对高糖的耐受性。同时，提示鱼类中肝脏中的糖酵解水平与甘油三酯的生成呈正相关，为今后鱼类耐受和利用高糖饲料的研究提供了方向。