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为探究鲍类长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFA)合成机制,研究人员对皱纹盘鲍 Elovl2/5 基因开展克隆、功能分析及营养调控研究。发现其高效催化 C18:3n-3 等延伸,在性腺高表达,75% 鱼油组 EPA 显著升高。该研究填补腹足类延伸酶研究空白。
在水产养殖领域,长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFA)如二十碳五烯酸(EPA,20:5n-3)和二十二碳六烯酸(DHA,22:6n-3)对水生动物营养及人类健康至关重要。然而,当前水产饲料中鱼油(FO)被非海洋原料替代,导致养殖产品中 n-3 LC-PUFA 含量下降。软体动物作为重要水产资源,其 LC-PUFA 合成关键酶 —— 超长链脂肪酸延伸酶(Elovl)的研究却极为有限,尤其是皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)中 Elovl 的功能与调控机制尚未明确。为填补这一知识空白,中国研究人员针对皱纹盘鲍 Elovl 基因开展了系统性研究,相关成果发表在《Aquaculture Reports》。
研究人员采用反转录 PCR、RACE 技术克隆获得皱纹盘鲍 Elovl 基因全长 cDNA,并通过酵母(Saccharomyces cerevisiae)异源表达系统分析其底物催化特性,结合实时荧光定量 PCR(RT-qPCR)检测基因组织分布及不同鱼油替代水平下的表达差异,同时利用气相色谱 - 质谱技术分析肝胰腺脂肪酸组成。
3.1 皱纹盘鲍 Elovl cDNA 序列分析
通过分子克隆技术获得全长 1319 bp 的 Elovl cDNA,编码 303 个氨基酸,命名为 HdhElovl2/5。序列分析显示,其与软体动物 Elovl2/5 同源性达 60%,具备 5 个跨膜结构域和保守的 HXXHH 基序。系统进化树表明,该基因与乌贼、章鱼的 Elovl2/5 聚为一支,印证其分类归属。
3.2 功能表征
酵母异源表达实验证实,HdhElovl2/5 能高效催化 C18:3n-3、C18:3n-6 和 C18:4n-3 延伸(转化率 16.5%-25.7%),中等效率延伸 C18:2n-6、C20:4n-6 和 C20:5n-3(约 3%),但对 C20:3n-6、C20:4n-3 延伸能力极弱,对 C22 PUFA 无活性。
3.3 肝胰腺脂肪酸组成
饲料中鱼油替代水平显著影响脂肪酸构成。75% 鱼油组总 PUFA 含量最高,EPA 水平显著高于其他组;而 100% 鱼油组 n-3 LC-PUFA 含量最高,25% 鱼油组 n-6 LC-PUFA 含量显著升高,揭示鱼油替代与 PUFA 合成的动态关联。
3.4 组织分布
HdhElovl2/5 在雌、雄性腺中表达量最高,肝胰腺次之,其他组织表达较低,提示其在生殖器官的 LC-PUFA 合成中起关键作用,与性腺发育所需脂肪酸代谢需求一致。
3.5 营养调控效应
当饲料中鱼油被混合植物油(葡萄籽油:亚麻籽油 = 1:1)替代至 50% 和 75% 时,肝胰腺 HdhElovl2/5 表达显著高于对照组;但替代超过 50% 后表达下降。75% 鱼油组 EPA 含量最高,表明适度替代可通过增强基因表达提升 EPA 合成能力。
研究证实,皱纹盘鲍 HdhElovl2/5 具有独特的底物特异性,主要负责 C18-C20 PUFA 延伸,但其对 C22 PUFA 无活性,可能解释了软体动物 DHA 合成能力有限的现象。该基因在性腺的高表达与其生殖功能密切相关,而饲料中鱼油的适度替代(如 25%-50%)可通过调控基因表达促进 LC-PUFA 合成,为水产饲料配方优化提供了理论依据。本研究不仅填补了腹足类 Elovl 基因功能研究的空白,也为解析水生动物 LC-PUFA 代谢通路及可持续水产养殖提供了关键科学支撑。