非淀粉多糖对中华绒螯蟹肠道及围食膜功能的构效关系和作用机制

Non-starch polysaccharides (NSP), which are indigestible for monogastric animals, are widely found in feedstuffs at high concentrations. NSP influence gut function and their antinutritional effects are diverse, depending on their chemical structure and animal species. Our previous research demonstrated that the Chinese mitten crab (Erocheir sinensis) produces a peritrophic membrane in its intestine which is devoid of epithelial goblet cells. Therefore, its response to dietary NSP may be different to other monogastric species. We will firstly assess the structure-effect relationship (SER) of 2 types of NSP commonly found in plant protein sources on chyme viscosity and nutrient digestibility. Additionally, the cDNA of peritrophic membrane factors will be cloned and expressed. Based on these results, response of various parameters to NSP including intestinal microstructure and ultrastructure, microflora, mRNA expression of digestive enzymes and immunity relevant genes, integrity of the peritrophic membrane, and mRNA expression of peritrophic membrane factors, will be investigated to evaluate the potential SER of NSP on function of both the intestine and peritrophic membrane. Finally, the antinutritional effects of NSP in rapeseed meal and cottonseed meal will be evaluated in crab. Our results will expose the mechanism by which NSP exert their antinutritional effects on crab, enrich our knowledge of crab intestinal physiology and the peritrophic membrane, and provide important information for feed formulation optimization as well as NSP enzyme application.

非淀粉多糖(NSP)在饲料中广泛存在且含量较高，但不被单胃动物消化吸收并影响肠道功能。NSP的抗营养作用因其化学结构和动物种类而异。前期研究发现中华绒螯蟹（河蟹）肠道具围食膜、上皮中无杯状细胞，因而可能对NSP的响应与众不同。本项目首先研究植物蛋白原料中含量最高的两种NSP及其化学结构对食糜粘性和养分消化吸收的影响；同时进行围食膜因子克隆与表达分析；然后考察河蟹肠道显微和超微结构、菌群结构、肠道消化酶和免疫相关基因mRNA的表达、围食膜通透性、围食膜因子表达等参数对NSP的响应，综合评价NSP对河蟹肠道和围食膜功能的构效关系；最后结合前期成果评估棉、菜粕中NSP的抗营养作用。研究结果将揭示NSP对河蟹的抗营养作用及其机制，丰富河蟹肠道、尤其围食膜理论知识，并为优化饲料配方、指导NSP酶制剂使用提供直接指导。

非淀粉多糖(NSPs)是一种广泛存在于植物性饲料中的成分，且其总含量往往在20%以上。因NSPs没有直接的营养价值而被长期忽视。中华绒螯蟹是我国特有的养殖品种，它与脊椎动物不同，消化道内覆有围食膜，但中华绒螯蟹围食膜的生理功能尚不清楚。本项目在研究中华绒螯蟹围食膜的结构、功能和分泌的基础上，探讨了不同种类NSPs对中华绒螯蟹的生长与消化生理的影响。中华绒螯蟹消化道组织切片和电镜观察结果表明，围食膜由上皮细胞分泌形成。围食膜蛋白鉴定结果表明，围食膜可能参与免疫、渗透调节和营养物质转运等生理过程。以中华绒螯蟹围食膜蛋白基因的部分序列为基础，利用cDNA末端快速扩增法获得了两种围食膜蛋白基因的全长cDNA序列，命名为Es-peritrophin1和 ES-peritrophin2，其cDNA序列全长分别为855bp和1611bp，分别编码267和468个氨基酸的蛋白。氨基酸序列分析表明，Es-peritrophin1 和ES-peritrophin2 N端都含有一个信号肽序列，属于分泌性蛋白。蛋白质结构域分析表明，Es-peritrophin1和Es-peritrophin2分别含有3个和1个几丁质结合功能域（CBD）。序列比对结果表明这是两种新型的围食膜蛋白。以果胶和麦麸（含木聚糖30%以上）为材料、以酶解果胶和酶解麦麸为对照的生长试验结果表明，NSPs降低中华绒螯蟹对脂肪的消化吸收，又使肝细胞中脂肪积累增加。进一步的研究发现不同粘性和种类的NSPs对中华绒螯蟹生长的影响显著不同，这种影响不仅与NSP粘性有关，也与NSP种类有关，且伴随着肠道菌群结构的改变。灌喂蓝色葡聚糖的示踪试验及围食膜因子RT-qPCR试验结果表明， NSPs不会影响中华绒螯蟹肠道围食膜的通透性，但其粘性诱导围食膜因子的分泌。总体上，NSPs的粘性越高，对消化吸收、围食膜分泌及肠道菌群的影响越大。以杂粕为材料的生长试验进一步佐证了上述结果，提示饲料配方设计和原料选用时必须考虑原料中NSPs的种类、粘性和含量的影响。. 此外，基于NSPs对脂肪吸收与代谢影响的研究结果，开发了鱼类肝胆综合症防控方案，效用显著；同时，基于实验饲料塘口跟踪发现，率先研究了中华绒螯蟹“水瘪子”病诱因并建立了防控技术和巢式虾蟹养殖技术。