酶解大豆蛋白对生长中期草鱼生长性能和肌肉品质的影响及机制研究

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本论文首先通过动物试验,在生长中期草鱼蛋白需要量28%的日粮基础上降低2%蛋白后添加不同水平的酶解大豆蛋白,考察其对生长中期草鱼生长性能和肌肉品质的影响;其次,通过动物试验,研究了酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌肉抗氧化酶活和基因表达、Nrf2信号通路相关基因和蛋白表达的影响;通过体外细胞试验,研究了酶解大豆蛋白效应物对草鱼肌管细胞抗氧化能力的影响及作用机制,探索了酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌肉抗氧化能力的影响及其机制;第三,通过动物试验,研究了酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌纤维组织学特性、肌纤维发育相关基因和蛋白表达、ERK1/2信号通路相关基因表达、TOR和FoxO1信号通路相关基因和蛋白表达的影响;通过体外细胞试验,研究了酶解大豆蛋白效应物对草鱼成肌细胞增殖、分化和蛋白质合成的影响及作用机制,探索了酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌纤维发育的影响及其机制。主要内容和结果如下:1.酶解大豆蛋白对生长中期草鱼生长性能和肌肉品质的影响试验选取健康草鱼540尾,初重为325.72±0.60 g,随机分为6个处理,每个处理3个重复,每个重复30尾鱼,进行56d的生长试验。各处理组中的鱼分别饲喂日粮1(28%粗蛋白,28%CP)、日粮2(26%CP)和日粮3-6(分别在日粮2基础上添加0.8、1.2、1.6和2.0%酶解大豆蛋白),考察了酶解大豆蛋白对生长中期草鱼生长性能和肌肉品质的影响。结果表明:(1)28%CP日粮基础上降低2%蛋白,FBW、PWG、SGR和FI显著降低(P<0.05)。肌肉水分含量显著增加(P<0.05),蛋白质含量显著降低(P<0.05);蒸煮损失、剪切力和p H无显著影响(P>0.05)。肌肉中饱和脂肪酸棕榈酸(C16:0)和硬脂酸(C18:0)含量显著增加(P<0.05),亚麻酸(LA,C18:3n-3)和二十二碳六烯酸(DHA,C22:6 n-3)含量以及总不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸之比显著降低(P<0.05)。肌肉中游离天冬氨酸、谷氨酸和组氨酸以及肌苷酸含量显著降低(P<0.05)。以上结果表明,低蛋白日粮导致生长中期草鱼生长性能和肌肉品质(营养价值、保健功能和风味)下降。(2)当在26%CP日粮基础上添加0.8-1.2%的酶解大豆蛋白,FBW、PWG、SGR、FI和FE显著提高(P<0.05)。肌肉中水分含量、蒸煮损失和剪切力显著降低(P<0.05);蛋白质和脂肪含量以及p H显著增加(P<0.05);棕榈酸(C16:0)和硬脂酸(C18:0)含量显著降低(P<0.05);油酸(C18:1)、亚麻酸(C18:3n-3)和二十二碳六烯酸(DHA,C22:6 n-3)含量以及总不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸含量之比显著提高(P<0.05);游离天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、蛋氨酸和肌苷酸含量显著增加(P<0.05)。以上结果表明,在26%CP日粮基础上添加0.8-1.2%酶解大豆蛋白改善了生长中期草鱼的生长性能和肌肉品质。2.酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌肉抗氧化能力的影响及其机制2.1酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌肉抗氧化能力的影响及可能机制在生长中期草鱼蛋白需要量28%日粮基础上降低2%蛋白后添加不同水平的酶解大豆蛋白,考察其对肌肉抗氧化能力的影响及可能机制。结果表明:(1)在28%CP日粮基础上降低2%蛋白,肌肉中的丙二醛(MDA)和蛋白羰基(PC)的含量显著增加(P<0.05);GSH含量以及抗氧化酶(Cu/Zn-SOD、Mn SOD、CAT、GPx、GST和GR)活力显著降低(P<0.05),表明日粮蛋白水平从28%降低到26%降低了生长中期草鱼肌肉抗氧化能力。(2)当在26%CP日粮基础上添加0.8-1.6%酶解大豆蛋白,肌肉中MDA和PC含量显著降低(P<0.05);GSH含量以及抗氧化酶活力显著增加(P<0.05)。以上结果表明,酶解大豆蛋白可能通过增加生长中期草鱼肌肉GSH含量和抗氧化酶活性,提高肌肉抗氧化能力。(3)当在26%CP日粮基础上添加0.8-1.6%酶解大豆蛋白,显著提高了肌肉中抗氧化酶活和GCL mRNA水平以及Nrf2 mRNA水平和蛋白表达水平(P<0.05),并显著下调了肌肉中Keap1b mRNA水平(P<0.05)。以上结果表明,酶解蛋白可能通过下调Keap1b mRNA水平促进Nrf2核移位,进一步上调抗氧化酶mRNA水平,最后提高抗氧化酶活性。2.2酶解大豆蛋白效应物(Glu-Tyr和Ala-Phe二肽)对草鱼肌管细胞抗氧化能力的影响及作用机制通过体外细胞试验,考察酶解大豆蛋白效应物Glu-Tyr和Ala-Phe二肽对草鱼肌管细胞抗氧化能力的影响及作用机制。试验共设4个处理,每个处理6个重复,分别为对照组(0 mg/L二肽)、二肽添加组、Nrf2抑制剂组和二肽+Nrf2抑制剂组。结果表明:(1)与对照组相比,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽均可以显著降低草鱼肌管细胞中MDA和PC含量(P<0.05),显著提高肌管细胞中抗氧化酶活性(P<0.05)。表明,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽都可以降低草鱼肌管细胞氧化损伤、增加抗氧化酶活力,从而提高其抗氧化能力。(2)与对照组相比,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽处理都可以显著提高草鱼肌管细胞中Nrf2蛋白表达(P<0.05),说明Glu-Tyr或Ala-Phe二肽可能通过Nrf2信号通路调控肌管细胞的抗氧化能力。与单独添加Glu-Tyr或Ala-Phe二肽组相比,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽+Nrf2抑制剂组中Nrf2蛋白表达以及大部分抗氧化酶活性显著降低(P<0.05),MDA和PC含量显著提高(P<0.05)。表明,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽可以通过激活Nrf2信号通路提高肌管细胞的抗氧化能力。3.酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌纤维发育的影响及其机制3.1酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌纤维发育的影响及可能机制3.1.1酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌纤维组织学特性的影响试验设计同试验2.1,在生长中期蛋白需要量水平28%基础上降低2%蛋白后添加不同水平的酶解大豆蛋白,考察其对肌纤维组织学特性的影响。结果显示,在生长中期草鱼蛋白需要量28%基础上降低2个百分点蛋白,草鱼肌纤维直径显著下降(P<0.05),肌纤维密度显著增加(P<0.05),说明低蛋白日粮抑制了生长中期草鱼肌纤维发育。当在26%CP日粮基础上添加0.8-1.2%酶解大豆蛋白,肌纤维直径显著增加(P<0.05),肌纤维密度显著降低(P<0.05),表明在低蛋白日粮中添加适宜水平的酶解大豆蛋白可以促进生长中期草鱼肌纤维发育。3.1.2酶解大豆蛋白对生长中期草鱼成肌细胞增殖和分化的影响及可能机制在生长中期蛋白需要量水平28%基础上降低2%蛋白后添加不同水平的酶解大豆蛋白,考察其对草鱼成肌细胞增殖和分化的影响及可能机制。结果显示:(1)在26%CP日粮基础上添加0.8-1.6%酶解大豆蛋白,成肌细胞增殖相关基因cyclin B、cyclin D、cyclin E、E2F4和PCNA的mRNA水平显著增加(P<0.05),表明低蛋白日粮中添加适应水平的酶解大豆蛋白可以促进生长中期草鱼成肌细胞增殖。(2)在26%CP日粮基础上添加0.8-1.2%酶解大豆蛋白,成肌细胞分化相关基因My OD、Mrf5、My OG、MRF4和My HC mRNA水平以及My OD、My OG和My HC蛋白水平显著上调(P<0.05),表明低蛋白日粮中添加适宜水平的酶解大豆蛋白可以促进生长中期草鱼成肌细胞分化。(3)在26%CP日粮基础上添加0.8-1.2%酶解大豆蛋白显著上调了草鱼肌肉中ERK1和ERK2的基因表达(P<0.05),表明酶解大豆蛋白可能通过激活ERK1/2信号通路,从而促进草鱼成肌细胞增殖和分化。3.1.3酶解大豆蛋白对生长中期草鱼肌肉蛋白质合成的影响及可能机制在生长中期蛋白需要量水平28%基础上降低2%蛋白后添加不同水平的酶解大豆蛋白,考察其对生长中期草鱼肌肉蛋白质合成的影响。结果显示:在26%CP日粮基础上添加0.8-1.2%酶解大豆蛋白,TOR和S6K1 mRNA水平以及p-TOR、T-TOR蛋白水平均显著增加(P<0.05);4E-BP1、FoxO1a、MURF1和MAFbx mRNA水平显著降低(P<0.05),说明酶解大豆蛋白可能通过激活生长中期草鱼肌肉中TOR信号通路、抑制FoxO1信号通路,促进蛋白质合成、抑制蛋白质降解,从而增加肌肉中蛋白质含量。3.2酶解大豆蛋白效应物(Glu-Tyr和Ala-Phe二肽)对草鱼成肌细胞增殖、分化和蛋白质合成的影响及作用机制3.2.1酶解大豆蛋白效应物(Glu-Tyr和Ala-Phe二肽)对草鱼成肌细胞增殖的影响及作用机制通过体外细胞试验,考察酶解大豆蛋白效应物Glu-Tyr和Ala-Phe二肽对草鱼成肌细胞增殖的影响及作用机制。试验共设4个处理,每个处理6个重复,分别为对照组(0mg/L二肽),二肽添加组,ERK1/2抑制剂组和二肽+ERK1/2抑制剂组。结果表明:(1)Glu-Tyr和Ala-Phe二肽都可以促进草鱼成肌细胞增殖,且处理48h时细胞的增殖能力最佳。(2)与对照组相比,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽处理48h显著提高了细胞周期调控蛋白(cyclin B、cyclin D、cyclin E和E2F4)以及ERK1和ERK2的基因表达(P<0.05)。表明,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽可能通过激活ERK1/2信号通路,上调细胞周期蛋白和转录因子E2F4基因表达,从而促进草鱼成肌细胞增殖。与单独添加Glu-Tyr二肽组相比,Glu-Tyr二肽+ERK1/2抑制剂组中草鱼成肌细胞OD值以及ERK1和细胞周期调控蛋白基因表达显著降低(P<0.05),ERK2基因表达虽显著降低(P<0.05)但与单独添加U0126组无显著差异(P>0.05)。表明,Glu-Tyr二肽仅通过激活ERK1信号通路(而不是ERK2信号通路)促进草鱼成肌细胞增殖。同时,与单独添加Ala-Phe二肽组相比,Ala-Phe二肽+ERK1/2抑制剂组中草鱼成肌细胞OD值以及ERK1、ERK2和细胞周期调控蛋白基因表达显著降低(P<0.05)。表明,Ala-Phe二肽可以通过激活ERK1和ERK2信号通路促进草鱼成肌细胞增殖。3.2.2酶解大豆蛋白效应物(Glu-Tyr和Ala-Phe二肽)对草鱼成肌细胞分化的影响及作用机制通过体外细胞试验,考察酶解大豆蛋白效应物Glu-Tyr和Ala-Phe二肽对草鱼成肌细胞分化的影响及作用机制。试验设计如3.2.1,结果表明:(1)与对照组相比,Glu-Tyr二肽显著提高了草鱼成肌细胞中生肌调节因子家族成员表达(My OD、Myf5、My OG、MRF4基因表达以及My OD、My OG和My HC蛋白表达)以及My HC和ERK1基因表达(P<0.05),表明Glu-Tyr二肽可能通过激活ERK1信号通路促进草鱼成肌细胞分化。同时,Ala-Phe二肽显著提高了草鱼成肌细胞中生肌调节因子家族成员表达以及ERK1和ERK2基因表达(P<0.05),表明Ala-Phe二肽可能通过激活ERK1和ERK2信号通路促进草鱼成肌细胞分化。(2)与单独添加Glu-Tyr二肽组相比,Glu-Tyr二肽+ERK1/2抑制剂组中草鱼成肌细胞生肌调节因子家族成员表达和ERK1基因表达显著降低(P<0.05)。表明,Glu-Tyr二肽可以通过激活ERK1信号通路促进草鱼成肌细胞分化。与单独添加Ala-Phe二肽组相比,Ala-Phe二肽+ERK1/2抑制剂组中生肌调节因子家族成员表达以及ERK1和ERK2基因表达显著降低(P<0.05)。表明,Ala-Phe二肽可以通过激活ERK1和ERK2信号通路促进草鱼成肌细胞分化。3.2.3酶解大豆蛋白效应物(Glu-Tyr和Ala-Phe二肽)对草鱼成肌细胞蛋白质合成的影响及作用机制通过体外细胞试验,考察酶解大豆蛋白效应物Glu-Tyr和Ala-Phe二肽对草鱼成肌细胞蛋白质合成的影响及作用机制。试验共设4个处理,每个处理6个重复,分别为对照组(0 mg/L二肽),二肽添加组,TOR抑制剂组(或FoxO1激活剂组)以及二肽+TOR抑制剂组(或FoxO1激活剂组)。结果表明:(1)与对照组相比,Glu-Tyr和Ala-Phe二肽处理均可以显著提高草鱼成肌细胞蛋白质合成率(P<0.05),表明Glu-Tyr和Ala-Phe二肽均可以促进草鱼成肌细胞蛋白质合成。(2)与对照组相比,Glu-Tyr和Ala-Phe二肽处理均可以显著上调TOR基因表达、p-TOR和T-TOR蛋白表达之比,说明Glu-Tyr和Ala-Phe二肽可能通过TOR信号通路促进草鱼成肌细胞蛋白质的合成。与单独添加Glu-Tyr或Ala-Phe二肽组相比,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽+TOR抑制剂(Rapamycin)组中草鱼成肌细胞中蛋白质合成率显著降低(P<0.05),TOR基因表达、p-TOR和T-TOR蛋白表达之比显著下调(P<0.05)。以上结果表明,Glu-Tyr和Ala-Phe二肽能通过激活TOR信号通路提高草鱼成肌细胞蛋白质合成。(3)与对照组相比,Glu-Tyr和Ala-Phe二肽均可以显著降低草鱼成肌细胞培养液中3-甲基组氨酸含量(P<0.05),表明Glu-Tyr和Ala-Phe二肽都可以降低草鱼成肌细胞蛋白质降解率。与对照组相比,Glu-Tyr二肽处理可以显著下调FoxO1b基因表达(P<0.05),Ala-Phe二肽处理可以显著下调FoxO1a和FoxO1b基因表达(P<0.05),说明Glu-Tyr可能通过FoxO1b信号通路抑制草鱼成肌细胞蛋白质的降解,而Ala-Phe二肽可能通过FoxO1a和FoxO1b信号通路抑制草鱼成肌细胞蛋白质的降解。与单独添加Glu-Tyr或Ala-Phe二肽组相比,Glu-Tyr或Ala-Phe二肽+FoxO1激活剂(Wortmannin)组的成肌细胞培养液中3-甲基组氨酸含量著增加(P<0.05),且Ala-Phe二肽+Wortmannin组的成肌细胞FoxO1b基因表达显著上调(P<0.05),Glu-Tyr二肽+Wortmannin组的成肌细胞FoxO1a和FoxO1b基因表达显著上调(P<0.05)。以上结果表明,Glu-Tyr二肽可以通过FoxO1b信号通路抑制草鱼成肌细胞蛋白质的降解,而Ala-Phe二肽通过FoxO1a和FoxO1b信号通路抑制草鱼成肌细胞蛋白质的降解。综上所述:(1)在生长中期草鱼蛋白需要量28%的日粮基础上降低2%蛋白,导致其生长性能和肌肉品质下降;在26%CP日粮基础上添加0.8-1.2%的酶解大豆蛋白可以改善其生长性能和肌肉品质。(2)酶解大豆蛋白改善生长中期草鱼肌肉品质与其提高肌肉抗氧化能力有关。酶解大豆蛋白效应物Glu-Tyr或Ala-Phe二肽可以通过激活Nrf2信号通路,提高肌管细胞抗氧化酶活力,从而增强其抗氧化能力。(3)酶解大豆蛋白改善生长中期草鱼肌肉品质还与其促进肌纤维发育有关。酶解大豆蛋白效应物Ala-Phe二肽通过激活ERK1和ERK2信号通路促进草鱼成肌细胞增殖和分化;而Glu-Tyr二肽仅通过激活ERK1信号通路(而不是ERK2信号通路)促进草鱼成肌细胞增殖和分化。此外,Glu-Tyr和Ala-Phe二肽都能通过激活TOR信号通路提高草鱼成肌细胞蛋白质合成;Ala-Phe二肽通过抑制FoxO1a和FoxO1b信号通路抑制草鱼成肌细胞蛋白质的降解,而Glu-Tyr二肽仅通过FoxO1b信号通路抑制成肌细胞蛋白质的降解。
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