English
Những phát hiện cải thiện kiến thức về cơ chế phân tử trong hemolymp
Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp phân tích sinh lý, phiên mã và chuyển hóa để đánh giá phản ứng của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương (Litopenaeus vannamei) trước stress lạnh. Kết quả cho thấy stress lạnh gây ra nhiều rối loạn sinh lý ở tôm. Tuy nhiên, tôm cũng có khả năng kích hoạt các cơ chế phản ứng để tăng cường khả năng chịu lạnh, bao gồm điều chỉnh gen, chuyển hóa axit amin và lipid. Những thay đổi này giúp tăng cường cung cấp năng lượng và bảo vệ màng tế bào khỏi tổn thương. Nghiên cứu này cung cấp thêm thông tin về cơ chế phân tử liên quan đến khả năng chịu lạnh của tôm thẻ chân trắng. Ảnh của Francisco Miranda.
Thay đổi nhiệt độ nước là yếu tố gây stress phổ biến trong nuôi trồng thủy sản. Trong số đó, stress lạnh là một trong những yếu tố môi trường nghiêm trọng nhất ảnh hưởng đến sức khỏe tôm. Nhiệt độ thấp có thể ức chế hệ thống miễn dịch và phá vỡ các quá trình sinh lý của tôm, dẫn đến giảm năng suất và tăng nguy cơ dịch bệnh.
Đối với tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei), tôm phát triển tốt nhất ở nhiệt độ từ 25℃ đến 35℃. Khi nhiệt độ xuống dưới 18℃ thì tôm sẽ ngừng ăn và dưới 12℃ tôm sẽ chết.
Mặc dù có nhiều nghiên cứu về khả năng chịu lạnh của tôm thẻ chân trắng, nhưng cơ chế phân tử làm cơ sở cho sự đồng điều hòa của gen và các chất chuyển hóa trong quá trình này vẫn chưa được hiểu rõ. Hiện nay, vẫn còn thiếu nghiên cứu kết hợp phân tích sinh lý, phiên mã và chuyển hóa để giải thích cơ chế phản ứng với stress lạnh của tôm thẻ chân trắng. Vì vậy, việc hiểu rõ các cơ chế phân tử dựa trên tan máu của tôm thẻ chân trắng để ứng phó với stress lạnh có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các biện pháp cải thiện khả năng chịu lạnh của loài này, góp phần nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy sản.
Bài viết này – được cô đọng từ ấn phẩm gốc (Zhu, J. et al. 2024. Ảnh hưởng của stress lạnh đến bệnh tan huyết của tôm thẻ chân trắng Penaeus vannamei. Fishes 2024, 9(1), 36) – thảo luận về kết quả của một nghiên cứu về phản ứng của P. vannamei đối với stress lạnh bằng cách sử dụng các phân tích sinh lý, phiên mã và chuyển hóa.
Thiết lập nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm Trình diễn Quốc gia về Giáo dục Khoa học Thực nghiệm Thủy sản thuộc Đại học Hải dương Thượng Hải, Trung Quốc. 300 con tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) khỏe mạnh, có trọng lượng trung bình 9,06 ± 0,23 gam và chiều dài trung bình 10,0 ± 0,4 cm được lấy từ Viện Hải dương học và Nghề cá biển, Giang Tô, Nam Thông, Trung Quốc. Tôm được nuôi tạm thời trong bể trong nhà trong 7 ngày trước khi bắt đầu thí nghiệm. Tôm được chia ngẫu nhiên thành 3 nhóm, mỗi nhóm 100 con, và nuôi trong 3 bể PVC có dung tích 1.000 lít. Tôm được cho thời gian thích nghi với môi trường thí nghiệm trong 2 ngày trước khi bắt đầu. Nhiệt độ ban đầu của thí nghiệm là 24℃ (nhóm đối chứng, CK). Nhiệt độ được giảm tự động bằng máy làm lạnh với tốc độ 2℃ mỗi 2 giờ. Sau khi đạt đến nhiệt độ mục tiêu (22, 20, 18, 16, 14 và 12℃), nhiệt độ được duy trì ổn định trong 22 giờ. Mỗi nhiệt độ được xem là một điểm lấy mẫu (24℃/CK, 20℃/T1, 18℃/T2, 14℃/T3 và 12℃/T4). Tại mỗi điểm lấy mẫu, tôm được chọn ngẫu nhiên và gây mê nhanh bằng đá trong 10-15 giây.
Các mẫu hemolymp được thu thập từ tôm tại mỗi điểm (CK, T1, T2, T3, T4) và sau đó được xử lý ngay để phân tích sinh lý. Quy trình thử nghiệm được thể hiện trong Hình 1. Để biết thông tin chi tiết về thiết kế thử nghiệm, chăn nuôi cũng như thu thập và phân tích mẫu, hãy tham khảo ấn phẩm gốc.
Hình 1: Quá trình thí nghiệm. Kiểm tra đối chứng (CK/24℃), nhóm 1 (T1/20℃), nhóm 2 (T2/18 ℃), nhóm 3 (T3/14 ℃), nhóm 4 (T4/12 ℃). (A): Sau khi thích nghi, nhiệt độ bắt đầu của thí nghiệm là 24 ℃ và các mẫu được thu thập ở nhiệt độ này được đặt tên là CK (nhóm đối chứng) trước khi làm mát. Nhiệt độ mỗi trống được làm lạnh tự động bằng chiller với tốc độ 2℃/2h, quá trình làm mát dừng lại khi nhiệt độ nước đạt đến nhiệt độ định trước (22, 20, 18, 16, 14 và 12℃) và duy trì ổn định trong 22 giờ, sau đó tiến hành lấy mẫu. (B): Sau khi ly tâm, huyết thanh của ba con tôm trong mỗi trống được thu thập tại CK, T1, T2, T3 và T4 để phân tích sinh lý, đồng thời các tế bào máu và huyết tương từ sáu con tôm trong mỗi trống được thu thập tại CK, T2 và T4 để phân tích. phân tích omics.
Kết quả và thảo luận
Nghiên cứu này cho thấy stress lạnh có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính enzyme, biểu hiện gen và mức độ trao đổi chất của tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) (Hình 2).
Ở động vật giáp xác, bạch huyết đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển chất dinh dưỡng, chất thải trao đổi chất, hormone và peptide thần kinh. Bạch huyết cũng tham gia vào phản ứng miễn dịch và duy trì cân bằng nội môi. Những thay đổi về gen có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa trong điều kiện nhiệt độ thấp, và ngược lại.
Hình 2: Cơ chế điều hòa tiềm năng của tôm thẻ P. vannameikhi bị stress lạnh. CK (24 ℃), T2 (18 ℃) và T4 (12 ℃). Chuyển thể từ bản gốc.
Nhiệt độ thấp có thể kích hoạt hoặc ức chế các gen nhất định, dẫn đến thay đổi trong các con đường trao đổi chất liên quan. Mức độ trao đổi chất có thể tăng hoặc giảm tùy thuộc vào gen được điều hòa lên hay điều hòa giảm. Dưới áp lực lạnh kéo dài, cơ thể sẽ ưu tiên bảo tồn năng lượng để duy trì sự sống. Quá trình chuyển hóa sẽ thay đổi để phù hợp với nhu cầu này. Nghiên cứu này cho thấy stress lạnh làm giảm đáng kể quá trình chuyển hóa gluconeogen trong tế bào máu. Gluconeogen là con đường tạo glucose từ các chất không phải carbohydrate. Trong nghiên cứu này, Hai enzyme quan trọng trong quá trình tạo glucose được điều hòa giảm dưới áp lực lạnh, dẫn đến giảm hoạt động và giảm tổng hợp glucose.
Stress lạnh có thể ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của nhiều axit amin. Dữ liệu nghiên cứu cho thấy sự thay đổi đáng kể về nồng độ của nhiều chất chuyển hóa liên quan đến quá trình trao đổi chất axit amin khi tôm thẻ chân trắng chịu stress lạnh. Kết quả nghiên cứu cho thấy stress lạnh có tác động đáng kể đến quá trình chuyển hóa axit amin của tôm; khi việc sử dụng carbohydrate bị hạn chế, tôm sẽ chuyển sang sử dụng axit amin làm nguồn năng lượng.. Ngoài ra, stress lạnh làm giảm nồng độ các axit amin liên quan đến sự tăng trưởng và chức năng sinh học khác. Phản ứng trao đổi chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe tổng thể và quá trình sinh lý của tôm, bao gồm cả sự tăng trưởng, phát triển và chức năng miễn dịch. Ngoài ra, một số axit amin khác như alanine, một số axit amin khác như alanine, proline, D-ornithine và L-glutamine cũng tăng lên đáng kể khi nhiệt độ giảm.
Sự tích tụ các axit amin proline và alanine dưới áp lực lạnh là đặc điểm chung của động vật không xương sống. Proline có tác dụng bảo vệ chống lại stress lạnh và góp phần tạo nên khả năng chịu lạnh và thích nghi ở nhiệt độ thấp của sinh vật. Proline có thể cung cấp năng lượng dự trữ và năng lượng trao đổi chất cho khả năng chịu lạnh. Các nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng sự thích nghi lạnh cũng như khả năng chịu lạnh ở động vật giáp xác có liên quan đến sự gia tăng đáng kể nồng độ proline.
Trong thí nghiệm này, nồng độ arginine giảm đi kèm với sự gia tăng nồng độ của các axit amin khác. Điều này cho thấy rằng một số axit amin bị phân hủy để tạo ra proline, giúp cải thiện khả năng chịu lạnh của tôm. Proline có thể bảo vệ tôm khỏi stress lạnh bằng các cơ chế như bảo vệ thẩm thấu, chống oxy hóa và chuyển hóa năng lượng. Đây có thể là một trong những cơ chế quan trọng giúp sinh vật cải thiện khả năng chống chịu lạnh.
Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ proline, alanine và một số axit amin khác tăng lên khi tôm thẻ chân trắng P. vannamei bị stress lạnh. Sự gia tăng này giúp tôm chịu được nhiệt độ thấp bằng cách bảo vệ thẩm thấu, chống oxy hóa, chuyển hóa năng lượng và giảm tổn thương do stress oxy hóa. Những kết quả này còn cho thấy axit amin là nguồn năng lượng chính giúp tôm P. vannamei chống lại stress lạnh.
Lipid là một nguồn năng lượng dễ dàng thu được. Chất béo trung tính (TG) được phân hủy thành glycerol và axit béo để cung cấp năng lượng. Nồng độ TG trong huyết thanh của tôm P. vannamei giảm khi bị stress lạnh. Điều này cho thấy rằng TG được tiêu thụ để cung cấp năng lượng cho tôm. Tôm P. vannamei điều chỉnh chuyển hóa lipid để đáp ứng với stress lạnh, tăng sản xuất năng lượng để duy trì cân bằng nội môi năng lượng tế bào dưới áp lực nhiệt độ thấp.
Nghiên cứu này cho thấy stress lạnh có thể dẫn đến rối loạn chuyển hóa nucleotide, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất năng lượng, truyền tín hiệu và tổng hợp nucleotide. Ở nhiệt độ thấp, tốc độ trao đổi chất của tôm P. vannamei giảm, ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của hệ thống miễn dịch. Stress oxy hóa do stress lạnh có thể kích hoạt hệ thống phòng thủ miễn dịch. Enzyme AKP và ACP đóng vai trò quan trọng trong hệ thống miễn dịch, đặc biệt là trong miễn dịch không đặc hiệu. Kết quả này cho thấy Hoạt động của AKP và ACP giảm sau stress lạnh, cho thấy stress lạnh làm suy yếu hệ thống miễn dịch của tôm P. vannamei.
Phân tích gen cho thấy một số gen liên quan đến hệ thống miễn dịch hoạt động kém hiệu quả ở P. vannamei khi bị stress lạnh. Điều này làm suy yếu khả năng phòng thủ và nhận biết miễn dịch của tôm. Stress lạnh gây ra stress và rối loạn chuyển hóa, phá vỡ hệ thống chống oxy hóa và ức chế hệ thống miễn dịch của P. vannamei.
Nghiên cứu này cung cấp thông tin về cách P. Vannamei thích nghi với môi trường lạnh. Kết quả nghiên cứu có thể giúp phát triển các chiến lược tăng khả năng chịu lạnh cho P. vannamei. Đây là tài liệu tham khảo quan trọng cho nghiên cứu về phản ứng stress lạnh ở tôm.
Kết luận
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tiếp cận đa ngành để khám phá cách tôm P. vannamei phản ứng với stress lạnh. Kết quả cho thấy stress lạnh gây ra những thay đổi đáng kể trong hoạt động enzyme, biểu hiện gen và mức độ trao đổi chất của tôm.
Do stress lạnh, tôm sử dụng ít carbohydrate hơn và chuyển sang sử dụng axit amin, chẳng hạn như glycine và glutamate, để lấy năng lượng. Ngoài ra, một số axit amin, như proline, alanine và L-glutamine, tích lũy trong cơ thể tôm và giúp tôm chịu lạnh tốt hơn thông qua các cơ chế như bảo vệ thẩm thấu, chống oxy hóa và chuyển hóa năng lượng.
Khi nhiệt độ quá thấp, khả năng duy trì cân bằng nội môi của tôm bị ảnh hưởng. Hệ thống chống oxy hóa của tôm hoạt động mạnh hơn khi bị stress lạnh, nhưng có thể bị quá tải ở nhiệt độ rất thấp, dẫn đến tổn thương do oxy hóa.
Ngoài ra, stress lạnh làm suy yếu hệ thống miễn dịch của tôm. Nghiên cứu này giúp hiểu rõ hơn về cách thức stress lạnh ảnh hưởng đến tôm P. vannamei và có thể giúp phát triển các phương pháp giúp tôm chịu lạnh tốt hơn.
Theo Dr. Xihe Wan
Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh
TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG
Xem thêm:
- Đánh Giá Các Chức Năng Khác Nhau Của Hệ Thống Lọc Nước Trong Trang Trại Nuôi Tôm
- Giá Trị Của Việc Khử Trùng Bằng Tia Cực Tím Trong Ao Nuôi Tôm
- Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ C:N Đến Chất Lượng Nước Và Các Thông Số Sản Xuất Tôm Trong Mô Hình Nuôi Tôm Penaeus monodon Hạn Chế Thay Nước Sử Dụng Mật Đường Làm Nguồn Carbon