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朱鹏锦:研究斑马鱼作为一种新型游泳模式:游泳行为,游泳增强增长和肌肉增长标记基因的表达

文献发表于2011年,具体引用如下:

 

朱鹏锦:研究斑马鱼作为一种新型游泳模式:游泳行为,游泳增强增长和肌肉增长标记基因的表达

研究背景

斑马鱼已被普遍接受为脊椎动物多学科模型。因此,我们进行个体和群体游泳实验量化游泳训练,并观察成年斑马鱼生长的锻炼效果。

个体斑马鱼(n = 10)能够以0.548±0.007 ms -118.0标准体长(BL-1的临界游泳速度(crit)游泳。能量利用最高的最佳游泳速度(opt)为0.396±0.019 ms -113.0 BL s -1),相当于crit 72.26±0.29%。在最佳游泳速度下的运输成本(COT opt)为25.23±4.03 µmol g -1 m -1。斑马鱼(n = 83)在opt游泳速度下一天训练6,连续5天进行分组实验连续4与在此期间休息的斑马鱼(n = 84)相比。与静息鱼相比,游泳斑马鱼的总体长增加了5.6%,体重增加了41.1%。在成年斑马鱼中,首次证明了运动引起增长。肌肉生长标记基因的表达分析表明,与游泳增强的生长相关的基因具有明显的调控作用,例如生长激素受体bghrb),胰岛素样生长因子1受体aigf1ra),肌钙蛋白Cstnnc ,慢肌球蛋白重链1smyhc1),肌钙蛋白I2tnni2),肌球蛋白重多肽2myhz2)和肌生长抑制素(mstnb)。

除了作为脊椎动物的多学科模型之外,斑马鱼现在也正在被为水产养殖中鱼类的模板。斑马鱼是否表现出不确定的生长(如鲑鱼)还是确定的生长(如哺乳动物)仍在进行讨论。在鲑鱼种类中,成年期间增生(肌肉通过细胞分裂生长)和肥大(肌肉通过细胞大小生长)都连续发生,而哺乳动物仅表现出成年期间发生肥大(综述)。在表现出不确定的生长的硬骨鱼(如鲑鱼)中,运动会刺激生长但是关于运动促进生长的机制的信息非常有限。

运动的鲑鱼种类的生长在特定速度下具有最佳速度最有可能接近最佳游泳速度(opt),在这种情况下,运输成本(COT在一定距离单位上游泳所花费的能量)最低,能量效率最高。在低于opt游泳速度下,由于较高的自发活动(例如攻击性)而损失大量能量,而在高于opt速度游泳时变得不可持续,充满阻力,随后的无氧代谢会增加乳酸水平,产生氧气代谢并最终导致疲劳。

以前只有少数研究解决了成年斑马鱼的游泳性能问题。PlautGordon报告了团体游泳期间的耗氧率。

因此,在这项研究中,我们进行了单独的游泳实验,通过测量氧气消耗量来确定成年斑马鱼的opt来量化游泳经济性。在确定的opt下进行了大规模的分组实验,以证明运动对成年斑马鱼生长的影响。通过定量十四种肌肉生长标记基因的表达,证明了潜在的肌肉生长作用的调节。

 

朱鹏锦:研究斑马鱼作为一种新型游泳模式:游泳行为,游泳增强增长和肌肉增长标记基因的表达

1给出了靶向基因的引物序列和GenBank登录号。生长激素受体abghraghrb),胰岛素样生长因子1igf1),胰岛素样生长因子1受体abigf1raigf1rb),雷帕霉素的斑马鱼靶标(ztor),叉头盒O5foxo5),慢特异性肌钙蛋白Cstnnc),慢肌球蛋白重链1smyhc1),快肌肌钙蛋白Itnni2),肌球蛋白重多肽2快肌特异性(myhz2),肌生长抑制素bmstnb)和肌生成素(myog)是使用Genamics Expression软件设计的。40S核糖体蛋白S18的引物(rps18)由McCurleyCallard发表(1a)或也已设计(1b)。LeMoine等发表了过氧化物酶体增殖物激活的受体γ共激活物pgc1α)的引物。

 

朱鹏锦:研究斑马鱼作为一种新型游泳模式:游泳行为,游泳增强增长和肌肉增长标记基因的表达

论文结果

耗氧量

  单个斑马鱼能够以0.548±0.007 ms -118.0±0.2 BL s -1临界游泳(2)。SMR的计算值为43.79±3.39 µmol g -1 h -1RMR稍低,为38.13±5.31 µmol g -1 h -1且个体差异较大。在25临界下的耗氧量仍然与RMR相似,但随着速度的提高,在临界下的最大耗氧量为82.18±6.50 µmol g -1 h -1。在高2时,可以多项式绘制COT值(> 0.99)可以精确确定0.396±0.019 ms -113.0±0.6标准BL s -1的最佳游泳速度(opt),为crit 72.26±0.29%。在最佳游泳速度下的运输成本(COT opt)为25.23±4.03 µmol g -1 m -1。确定的opt长期训练实验中用作游泳速度。

 

朱鹏锦:研究斑马鱼作为一种新型游泳模式:游泳行为,游泳增强增长和肌肉增长标记基因的表达

游泳训练下的行为模式

游泳者表现出典型的爆发式和滑行式游泳模式,如鲤鱼等其他人所观察到的。但是,在opt时,速度已经太快而无法滑动,并且如尾巴拍打动作所示,突发几乎是连续的。定期检查鱼,但它们不疲劳,始终保持在水流中。在整个实验时间内,游泳的死亡率非常低(n = 56.0%),与休息n = 56.4%)没有区别,表明没有因锻炼而丢失太多鱼。

训练下的生长

在游泳期间,游泳的总长度和体重以非常显着的方式增加(从3.59±0.023.7 cm±0.02 cm TLP

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