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罗非鱼(Tilapia),俗称非洲鲫鱼,隶属于鲈形目、鲈形亚目、丽鱼科(Cichlidae)、罗非鱼属。印度Modadugu Vijay Gupta博士因发展推广罗非鱼清水廉价养殖技术,而获得了2005年世界粮食奖。目前罗非鱼已成为世界性的主要养殖鱼类,且价格低廉,被誉为21世纪穷人的蛋白质,也是中国主要出口经济鱼类之一。本实验研究从促摄食角度出发,以开发罗非鱼新型环保饲料添加剂为目的,研究了在毕赤酵母中表达鱼类促摄食因子神经肽Y和ghrelin以及表达产物的生理活性功能。
NPY是一种36氨基酸残基的神经活性多肽,属具有YY肽和胰多肽结构的多肽家族,80年代首先从猪脑分离,也是目前发现的分布最广泛,含量最丰富的神经肽之一。NPY是目前发现的最强劲的促摄食因子,在哺乳类及鱼类中都发现NPY能强烈促进动物摄食。本实验中我们首先从吉富罗非鱼下丘脑中克隆了神经肽Y的mRNA序列,并根据此序列构建了两种毕赤酵母分泌型表达载体pPICZaA-TiNPY1和pPICZaA-TiNPY2。这两种载体经线性化后分别转化毕赤酵母X-33,经筛选鉴定构建了能高效表达重组罗非鱼神经肽Y的重组毕赤酵母菌株pPICZaA-TiNPY1-X-33和pPICZaA-TiNPY2-X-33。这两种重组菌株经甲醇诱导分别分泌表达了两种NPY重组蛋白TiNPY1和TiNPY2,通过蛋白质N-末端氨基酸序列测定,本研究发现可能是由于受NPY蛋白N-端序列的影响,重组蛋白TiNPY1、TiNPY2 N-信号肽剪切不完全或剪切过度,使每种重组蛋白都出现不止一种大小的目的蛋白。
本实验通过在体投喂实验初步检测了重组蛋白TiNPY1、TiNPY2的生理功能。把酵母表达培养上清直接喷洒于普通商业膨化饲料表面,制成了5种饲料分别为:重组蛋白TiNPY1含量为0.15、0.3、0.6μg TiNPY1/g feed的饲料、重组蛋白TiNPY2含量为0.3μg TiNPY2/g feed的饲料、喷洒阴性对照酵母表达上清的饲料。我们把180尾体重为60-80g、体长为12.0-14.0cm的罗非鱼随机分到15个玻璃缸中,这15个缸随机分为5组,每三缸作为同一组投喂上述其中一种饲料,投喂50天。结果表明TiNPY1、TiNPY2均能明显促进罗非鱼摄食、生长,降低饲料系数(FCR)。其中重组蛋白TiNPY2的作用更为明显:投喂0.3μg TiNPY2/gfeed的实验组比对照组平均个体末体重提高了22.45%(P<0.001);饲料摄取量提高了30.22%(P<0.001);平均体长也明显高于对照组(P<0.001)而饲料系数FCR明显降低(P<0.01);并且能明显提高垂体GH的mRNA转录水平(P<0.05),而下丘脑NPY与Orexin的mRNA转录受到抑制(P<0.01)。
Ghrelin也是一种在哺乳动物及鱼类中发现的重要的促摄食因子和GH释放因子,也是目前发现的唯一的第三位Ser辛酰化修饰蛋白。这种特殊的酰基化对于其促GH释放及摄食功能尤为重要。本实验利用毕赤酵母表达系统按照表达NPY的类似方法表达了重组罗非鱼ghrelin蛋白Ti-ghrelin,并且用垂体细胞孵育实验初步检测了其活性功能,结果发现Ti-ghrelin并不能有效促进GH的表达。这表明酵母表达的Ti-ghrelin因缺乏必要的特殊酰基化修饰,无相应的促GH释放活性功能。