黄斑蓝子鱼早期发育阶段4种HUFA合成酶的时空表达规律及营养调节

Highly unsaturated fatty acids (HUFA) are the essential fatty acids for the human and animals, and are very important in the growth and development of the larva. It's known that marine teleosts lack an ability to biosynthesize HUFA and need to supplement HUFA from the feeds. We first found and proved that marine teleosts had a capacity of HUFA biosynthesis in the the rabbitfish Siganus canaliculatus. In order to real the reasons of marine teleosts with a low capacity of HUFA biosynthesis and look for effective methods to improve the capacity, this study is to systematicly investigate the expression difference of four key enzymes involved in HUFA biosynthesis at different stages and different sites of the rabbitfish, the effects of adding different levels of HUFA to larval feeds on the enzymes'expressions in larve and juveniles, and the fish's fatty acid composition at different stages, with the methods of Embryology, Enzymology, Nutrition, Aquaculture, Physiochemistry and Molecular Biology etc., to explain the temporal and spatial expression patterns of the key enzymes involved in HUFA biosynthesis during early development and nutritional modulation. These findings not only have important theoretic senses to enrich the contents of Fish physiology of Nutrition and Developmental Biology, but also have great practical importance to direct live feed enrichment and larval microdiet exploitation for the rabbitfish and other marine fishes, with particular emphasis on the choices and additions of the lipid source and essential fatty acids among them.

高度不饱和脂肪酸(HUFA)是人和动物体的必需脂肪酸，在幼体生长发育中特别重要。海水鱼一般缺乏HUFA合成能力，需从饵料中获得。本课题组最近在黄斑蓝子鱼中首次发现和证明海水鱼具有HUFA合成能力，为揭示海水鱼HUFA合成能力低下的原因、研发提高HUFA合成能力的方法带来曙光。本项目拟借助胚胎学、酶学、营养学、养殖学、生理生化学及分子生物学等方法，系统分析比较参与HUFA合成的4种关键酶基因在蓝子鱼早期不同发育阶段和鱼体不同部位的表达差异、仔鱼饵料不同HUFA水平对仔稚鱼及幼鱼关键酶表达水平的影响、以及各阶段鱼体脂肪酸组成，弄清蓝子鱼HUFA合成关键酶基因在早期发育过程中的时空表达特性和规律及其营养调节。项目成果对于丰富鱼类营养生理学和发育生物学内容具有重要的理论意义，对于指导蓝子鱼及其它海水鱼的活饵强化培育、早期阶段人工微粒饵料的开发，特别是饵料中脂肪源和必需脂肪酸的选择及添加具有重义。

黄斑蓝子鱼（Siganus canaliculatus）是迄今为止报道的唯一一种具有HUFA合成途径中所有关键酶基因（Δ5/Δ6、Δ4、Elovl5、Elovl4）的海水鱼类，为了揭示其HUFA合成系统在体内的启动规律及饵料营养的影响，本研究通过人工催产、自然受精的方法采集了黄斑蓝子鱼从受精到开口摄食时期各发育阶段样本，开口之后的发育阶段样本由于缺乏合适的开口饵料而未获得。另外，为了研究其它海水鱼类是否也具有HUFA合成能力，我们克隆了黄斑蓝子鱼的近缘物种——点蓝子鱼（S. guttatus）的参与HUFA合成的4种关键酶基因，并从海南省采集了点蓝子鱼在高盐 (32‰)、低盐(20‰)环境中发育的胚胎阶段样本。通过qPCR、半定量RT-PCR方法检测两种蓝子鱼在早期发育阶段参与HUFA合成的关键酶基因的mRNA表达，并测定各发育阶段样本的脂肪酸组成。结果显示，点蓝子鱼Δ5/Δ6全长1877bp，Δ4全长1878bp，Elovl5全长1292bp，Elovl4全长2296bp，均具有典型的脂肪酸去饱和酶或延长酶结构，与黄斑蓝子鱼的氨基酸序列相似性均在92%以上；两种蓝子鱼的Δ5/Δ6、Elovl5 的mRNA在受精卵阶段表达量低，在孵化时表达量有所升高，约在开口时(4dph)，表达量显著升高；而Δ4、Elovl4 的mRNA自受精后8h开始稳定表达，至4dph表达量显著升高；在4dph，黄斑蓝子鱼的4个关键酶基因在低盐中的表达量显著高于高盐，而点蓝子鱼在受精卵阶段其Δ5/Δ6、Δ4在高、低盐环境中的表达量没有差异；Western-blot结果显示，点蓝子鱼Δ4蛋白仅在孵化时有少量表达，在受精卵阶段没有表达；两种蓝子鱼在胚胎发育时期，EPA、DHA等HUFA含量呈逐渐降低趋势，亚麻酸、亚油酸等18C PUFA前体含量保持稳定。上述结果揭示，点蓝子鱼也具有HUFA合成系统的4种关键酶基因，蓝子鱼体内的HUFA合成系统在鱼苗孵化阶段才被激活，在开口之后其内源的HUFA合成能力显著升高。本研究成果为蓝子鱼和其它海水鱼类的仔鱼饵料的强化、研发工作提供指导意义。