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稻田金背鲤尾柄肌纤维特征及相关代谢酶与基因表达研究

张文争 杨立 姚俊杰 蒙庆米 纪达

张文争, 杨立, 姚俊杰, 蒙庆米, 纪达. 稻田金背鲤尾柄肌纤维特征及相关代谢酶与基因表达研究[J]. 南方水产科学, 2023, 19(4): 77-85. doi: 10.12131/20220320
引用本文: 张文争, 杨立, 姚俊杰, 蒙庆米, 纪达. 稻田金背鲤尾柄肌纤维特征及相关代谢酶与基因表达研究[J]. 南方水产科学, 2023, 19(4): 77-85. doi: 10.12131/20220320
ZHANG Wenzheng, YANG Li, YAO Junjie, MENG Qingmi, JI Da. Study on muscle fiber characteristics, metabolic enzymes and gene expression of caudal stalk of golden-backed carp (Cyprinus carpio var. Jinbei)[J]. South China Fisheries Science, 2023, 19(4): 77-85. doi: 10.12131/20220320
Citation: ZHANG Wenzheng, YANG Li, YAO Junjie, MENG Qingmi, JI Da. Study on muscle fiber characteristics, metabolic enzymes and gene expression of caudal stalk of golden-backed carp (Cyprinus carpio var. Jinbei)[J]. South China Fisheries Science, 2023, 19(4): 77-85. doi: 10.12131/20220320

稻田金背鲤尾柄肌纤维特征及相关代谢酶与基因表达研究

doi: 10.12131/20220320
基金项目: 贵州省农业重大产业科学研究攻关项目 (黔教合KY字〔2019〕013)
详细信息
    作者简介:

    张文争 (1995—),女,硕士研究生,研究方向为水生生物发育与繁殖生物学。E-mail: 2682792491@qq.com

    通讯作者:

    姚俊杰 (1968—),男,教授,博士,研究方向为水生生物发育与繁殖生物学。E-mail: junjieyao@163.com

  • 中图分类号: S 917.4

Study on muscle fiber characteristics, metabolic enzymes and gene expression of caudal stalk of golden-backed carp (Cyprinus carpio var. Jinbei)

  • 摘要: 稻田金背鲤 (Cyprinus carpio var. Jinbei) 是经过多个世代自然选择和人工选择生活于稻田的鲤鱼。为推广金背鲤-稻田养殖模式,为该模式下的良种选育提供数据支撑,以池塘养殖的金背鲤为对照组,采用组织学、酶学及分子生物学方法分析了其尾柄肌纤维及相关代谢酶与基因表达,探究了稻田金背鲤尾柄肌肉在稻田浅水生态条件下生长的适应性特征。结果显示:在水稻扬花期和渔获期,尾柄肌纤维直径稻田组均大于池塘组,并存在显著性差异 (P<0.05);在水稻扬花期和渔获期,尾柄肌纤维横截面积稻田组大于池塘组,在渔获期存在显著性差异 (P<0.05);尾柄肌纤维密度稻田组均小于池塘组,在渔获期存在显著性差异 (P<0.05);在水稻扬花期和渔获期,代谢酶中的乳酸脱氢酶 (LDH)、过氧化氢酶 (CAT) 和Ca2+-ATP酶活性稻田组均高于池塘组;在水稻扬花期,稻田组的过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子α (PGC-1α) 基因表达量显著高于池塘组 (P<0.05),而稻田组的腺苷酸活化蛋白激酶 (AMPK)、沉默信息调节因子1 (SIRT1) 基因表达量在水稻扬花期和渔获期均显著低于池塘组 (P<0.05)。研究显示,稻田金背鲤尾柄肌肉有更大的肌纤维直径和横截面积,尾柄肌肉呈现较高的LDH和Ca2+-ATP酶活性,这是其适应稻田浅水生活的特点;稻田金背鲤的尾柄抗阻运动会引起肌肉肥大,与其激活蛋白质合成通路有关,而池塘金背鲤通常进行长时间的耐力运动,与其线粒体生物合成有关;在水稻扬花期,稻田金背鲤PGC-1α基因表达量较高,可能与此阶段水稻开花、稻田中昆虫增多、生物多样性增加以及生物量增加有关。
  • 图  1  耐力运动激活能量感应网络 AMPK/SIRT1/PGC-1α 信号通路

    Figure  1.  Endurance exercise activates AMPK/SIRT1/PGC-1α signaling pathway in energy sensing network

    图  2  稻田和池塘金背鲤尾柄肌纤维 HE 染色图

    注:a. 稻花前稻田金背鲤尾柄肌纤维 (200×);b. 水稻扬花期稻田金背鲤尾柄肌纤维 (200×);c. 水稻扬花期稻田金背鲤尾柄肌纤维 (400×); d. 渔获期稻田金背鲤尾柄肌纤维 (200×);e. 水稻扬花同时期池塘金背鲤尾柄肌纤维 (200×);f. 渔获期池塘金背鲤尾柄肌纤维 (200×)。

    Figure  2.  HE staining of muscle fibers of caudal stalk of golden-backed carps in paddy fields and ponds

    Note: a. Caudal stalk muscle fibers of golden-backed carp before rice flower (200×); b. Caudal stalk muscle fibers (200×) of golden-backed carp in rice field during flowering period; c. Caudal stalk muscle fibers (400×) of golden-backed carp in rice field during flowering period; d. Caudal stalk muscle fibers (200×) of golden-backed carp in paddy field; e. Caudal stalk muscle fibers of pond golden-backed carp (200×) at the same period of rice flowering; f. Caudal stalk muscle fibers of pond golden-backed carp (200×) at the harvest stage.

    图  3  稻田和池塘金背鲤生长过程中主要代谢酶活性变化

    注:1. 稻花前期;2. 水稻扬花期;3. 渔获期;每个数据表示3个重复;不同的小写字母表示相同组别 (稻田组) 不同采样时间点的酶活性差异显著 (P<0.05),****表示不同处理组在相同采样点上有极显著性差异 (P<0.01)。

    Figure  3.  Changes of main metabolic enzymes during growth of golden-backed carp in paddy fields and ponds

    Notes: 1. Before rice flowering period; 2. Flowering period of rice; 3. Harvest period; Values are $ \overline { X}\pm { \rm {SD}}$1 (n=3). Different letters indicate a significant difference (P<0.05) among different growth periods in rice field; ****. Extremely significant difference (P<0.01) between the two groups at the same sampling site.

    图  4  稻田和池塘养殖的金背鲤不同生长时期 AMPKSIRT1PGC-1α 基因的相对表达量

    注:1. 稻花前期;2. 水稻扬花期;3. 渔获期;每个数据表示 3 个重复;不同的小写字母表示稻田组在不同生长时间点基因表达量差异显著 (P<0.05),而*表示不同处理组在相同采样点上有显著差异 (P<0.05)。

    Figure  4.  Relative expression of AMPK, SIRT1 and PGC-1α gene in different growth periods of golden-backed carps in paddy field and pond

    Note: 1. Before flowering period; 2. Flowering period of rice; 3. Harvest period. Values are Mean±SD (n=3). Different letters indicate significant differences in paddy field in each growth period (P<0.05).*. Significant differences between the two groups at the same sampling time (P<0.05).

    表  1  本实验所需引物

    Table  1.   Primers for this study

    引物
    Primer
    序列 (5'—3')
    Sequence (5'–3')
    长度
    Length/bp
    温度
    Temperature/℃
    应用
    Application
    AMPK-F CGGAGACACACTAGGAGTGG 141 60 qPCR
    AMPK-R ATCTCGCGTCGAATCTTCCC 141 60 qPCR
    PGC-1α-F TCTCCATACTCCCGCTCCG 230 60 qPCR
    PGC-1α-R TCAGCCCTCTCACATTCTCGTT 230 60 qPCR
    SIRT1-F GGCAGCTATGGTCAGCCTAC 135 60 qPCR
    SIRT1-R TGCTTGAGGACAGGACTTACAC 135 60 qPCR
    β-actin-F AAAACCAACCATGTGCGACG 238 60 qPCR
    β-actin-R CCGTGCTCAATGGGGTACTT 238 60 qPCR
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    表  2  金背鲤尾柄肌纤维直径

    Table  2.   Muscle fiber diameter of caudal stalk of          golden-backed carps       μm

    采样时期
    Sampling
    period
    稻田实验组
    Paddy field
    experimental group
    池塘对照组
    Pond control
    group
    稻花前期
    Before flowering period
    31.88±4.41a 31.88±4.41
    水稻扬花期
    Flowering period
    54.88±10.31b* 41.68±4.42
    渔获期
    Harvest period
    62.98±4.92bc* 46.00±2.69
    注:不同上标字母表示数据间有显著性差异 (P<0.05);*表示同一行数据间有显著性差异 (P<0.05)。稻花前期指同一批幼鱼未投放到稻田和池塘阶段。后表同此。 Note: Different superscript letters indicate significant differences between the data (P<0.05); *. Significant difference between the data within the same row (P<0.05). Before flowering period indicates the stage when the same batch of juvenile fish had not been released into paddy fields and ponds yet. The same case in the following tables.
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    表  3  金背鲤尾柄肌纤维横截面积

    Table  3.   Cross-sectional area of muscle fibers of caudal        stalk of golden-backed carps     μm2

    采样时期
    Sampling
    period
    稻田实验组
    Paddy field
    experimental group
    池塘对照组
    Pond control
    group
    稻花前期
    Before flowering period
    1 065.99±549.36a 1 065.99±549.36
    水稻扬花期
    Flowering period
    1 711.76±748.25a 1 327.79±600.17
    渔获期
    Harvest period
    2 845.43±70.82b* 1 360.62±393.08
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    表  4  金背鲤尾柄肌纤维密度

    Table  4.   Muscle fiber density of caudal stalk of           golden-backed carps    根·mm−2

    采样时期
    Sampling
    period
    稻田实验组
    Paddy field
    experimental group
    池塘对照组
    Pond control
    group
    稻花前期
    Before flowering period
    1252.56±916.11 1252.56±916.11
    水稻扬花期
    Flowering period
    702.45±406.78 845.10±306.00
    渔获期
    Harvest period
    351.59±8.88* 781.40±244.04
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-22
  • 修回日期:  2023-02-12
  • 录用日期:  2023-02-23
  • 网络出版日期:  2023-03-01
  • 刊出日期:  2023-08-05

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