Improving red-color performance, immune response and resistance to Vibrio parahaemolyticus on white shrimp Penaeus vannamei by an engineered astaxanthin yeast
- 作者
- Yu- Ju Lin, Jui- Jen Chang, Huai- Ting Huang, Chih- Ping Lee, Yeh- Fang Hu, Mao- Lun Wu, Chih- Yang Huang, Fan- Hua Nan
- 杂志
- Scientific Reports（2023）
- DOI
- 10.1038/s41598-023-29225-4
- 所属领域
- 代谢工程
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解决的核心问题
评估代谢工程马克斯克鲁维酵母来源的3S,3'S-虾青素与化学合成虾青素对凡纳滨对虾体色、免疫反应和抗副溶血弧菌感染的效果差异，探讨其作为水产饲料添加剂的可行性。
研究策略
采用动物饲养试验，以不同来源（酵母发酵液TB、酵母提取物TE、化学合成CP、LP）和剂量（100、200 mg/kg）的虾青素配制饲料，测定对虾体色参数（L*、a*、b*）、免疫参数（吞噬活性、超氧阴离子产量、酚氧化酶活性）、免疫相关基因表达，并进行副溶血弧菌攻毒试验。
核心内容
本研究以凡纳滨对虾为对象，评估了代谢工程马克斯克鲁维酵母来源的3S,3'S-虾青素与化学合成虾青素作为饲料添加剂的效果差异。实验设置了酵母发酵液（TB）、酵母提取物（TE）及化学合成（CP、LP）来源，按100和200 mg/kg剂量配制饲料，测定体色、免疫参数、相关基因表达并开展副溶血弧菌攻毒试验。结果显示，第4周时TB100和TB200组对虾红度值a*最高（65~70）；第7和第14天，各虾青素添加组的吞噬活性、超氧阴离子产量和酚氧化酶活性显著增强，SOD和GPx基因表达上调，抗菌肽基因Pen2、Pen3、Pen4、ALF和Lyz在4~14天显著上调。攻毒后168 h，TB100组存活率达90.91%，优于CP100和LP100组的87.88%和84.85%，而对照组仅为66.67%。这些结果表明酵母来源的虾青素在着色、免疫增强和抗弧菌感染方面优于化学合成虾青素，具有作为水产饲料添加剂的潜力。
创新点
首次比较了代谢工程酵母来源的3S,3'S-虾青素与化学合成虾青素在白虾上的着色、免疫及抗弧菌效果；发现酵母来源虾青素（尤其TB100）在改善体色、上调抗菌肽基因表达和抗副溶血弧菌感染方面优于化学合成虾青素。
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Kluyveromyces marxianus | 虾青素生物合成 | — | — | 催化 | 代谢工程改造用于生产3S,3'S-虾青素，产量达9.97 mg/g DCW（5L生物反应器） |
| Penaeus vannamei | 抗氧化防御 | SOD | 超氧化物歧化酶 | 催化 | 第7、14天表达显著上调 |
| Penaeus vannamei | 抗氧化防御 | GPx | 谷胱甘肽过氧化物酶 | 催化 | 第7、14天表达显著上调 |
| Penaeus vannamei | — | Pen2 | Penaeidin-2 | 调控 | 抗菌肽，第1、2、4、14天显著上调 |
| Penaeus vannamei | — | Pen3 | Penaeidin-3 | 调控 | 抗菌肽，第2、4、7、14天显著上调 |
| Penaeus vannamei | — | Pen4 | Penaeidin-4 | 调控 | 抗菌肽，第7、14天显著上调 |
| Penaeus vannamei | — | ALF | 抗脂多糖因子 | 调控 | 抗菌肽，第2、4、7、14天表达上调 |
| Penaeus vannamei | — | Lyz | 溶菌酶 | 催化 | 第4、7、21天显著上调 |
关键发现
- 实验饲料中实际虾青素含量：CP100为97.26 mg/kg，CP200为219.25 mg/kg，LP100为106.82 mg/kg，LP200为257.84 mg/kg，TE100为94.03 mg/kg，TE200为192.03 mg/kg，TB100为106.57 mg/kg，TB200为229.57 mg/kg
- TE及TB组还含有β-胡萝卜素（16.08～97.35 mg/kg）。第4周时TB100和TB200组对虾红度值a*最高（65～70）。第7天和第14天，虾青素添加组免疫反应显著增强，SOD和GPx基因表达显著上调
- 抗菌肽Pen2、Pen3、Pen4、ALF和Lyz在4～14天显著上调。攻毒后168 h存活率：PBS组100%，对照组66.67%，CP100组87.88%，LP100组84.85%，TE100组87.88%，TB100组90.91%。
研究结论
将虾青素添加至饲料可增强白虾的红色着色、免疫参数和抗副溶血弧菌能力。与化学合成虾青素相比，马克斯克鲁维酵母来源的3S,3'S-虾青素在多项指标上表现更优，具有作为水产养殖饲料添加剂的潜力。