Effects of acute temperature exposure duration on plasma metabolites and gene expression levels in liver and brain of juvenile olive flounder

Abstract

수온은 양식어류의 성장과 생리적 성능에 영향을 미치는 효과적인 요인 중 하나이다. 전 지구적 및 지역적 기후변화와 관련하여 수온의 상승으로 인해 에너지 대사 항상성 측면에서 어류가 온도 스트레스에 어떻게 반응하는지 파악하는 것은 중요하다. 대한민국에서 양식되는 최상위 어종인 넙치 Paralichthys olivaceus 는 여름철 폭우 및 수온 상승 등 극한적인 기후 변화와 관련된 급격한 환경 변화에 직면해 있다. 이러한 중요 어종의 기후변화에 대한 지속 가능한 양식에 대한 대책 을 모색하기 위해서는 다양한 온도 스트레스 노출 시간에 대응하는 에너지 대사 항상성에 대한 생리적 성능, 특히 에너지 대사 항상성에 대한 기초적인 지식을 습득해야 한다. 따라서 본 연구는 치어 넙치의 혈장, 간 및 뇌 조직에서 급성 수온 노출 기간이 영양대사와 열 충격 반응에 관여하는 혈장 대사산물 및 유전자 발현 에 미치는 영향을 평가하기 위해 수행되었다. 이 실험에서, 치어 넙치(25.0±0.56g; 평균 ±SEM)는 2, 4, 6시간을 포함하여 서 로 다른 노출 시간으로 30 ˚C에서 급성으로 수온에 노출되었다. 급성 온도 노출에 이어, 20 ˚C에서 회복된 치어의 혈장, 간 및 뇌 조직 샘플은 노출 후 0, 2, 4, 6, 12, 24, 48시간에 수집되었다. Hematocrit과 혈장 glutamate oxaloacetate transaminase (GOT), glutamate pyruvic transaminase (GPT), glucose, 총 단 백질 (TP), 중성지방 (TG), 콜레스테롤 (TCHO)수치 뿐 만 아니라 ampkβ, pparα, ppar γ, G6pase, hsp70, gpx, irf3, cox 를 포함한 간과 뇌의 다양한 유전 의 상대적 발현 수준을 분석하였다. 결과는 일부 대사산물(주로 glucose, GOT, GPT) 및 스트레스 반응 (Cortisol) 이 수온 스트레스와 함께 유의하고 일시적으로 상승한 반면 노출 기간에 대한 스트레스 반응에는 뚜렷한 경향이 없는 것으로 나타났으며 혈장 단백질과 지질에서 는 스트레스에 대한 상관 관계가 관찰되지 않았다. 유전자 발현의 경우 간과 뇌 조직에서는 hsp70 이 유사한 경향을 보였으며 노 출 조건에 따른 상관 관계는 관찰되지 않았다. 하지만 hsp70를 제외한 ampkβ, pparα, pparγ, G6pase, gpx, irf3, cox 에서는 영향을 각각 다르게 받았으며 노출 조건에 따른 상관관계가 일부 관찰되었다. 즉 스트레스의 영향을 받는 조직과 인 자마다 상관 관계가 다르게 관찰될 수 있고, 스트레스 반응이 관찰되지 않거나 경 향이 뚜렷하지 않은 일부 결과에 대해서는 추가 연구가 필요하며, 마지막으로, 향후에 이런 노출 조건 실험에 수행할 때는 적합한 시간과 유전자 와 조직이 꼭 고려가 되어야 한다고 사료된다.|Water temperature is one of the most effective factors affecting growth and physiological performances of cultured fishes. Due to increasing water temperature in association with global and local climate changes, it is important to understand how fishes respond to temperature stress in terms of energy metabolism homeostasis. Olive flounder, top- ranked fish species cultured in Rep. of Korea, is facing sudden environmental changes associated with extreme climatic events, such as heavy rains and higher water temperature during summer season. In order to look for a countermeasure for sustainable aquaculture of this important fish against climate change, it is necessary to gain fundamental knowledge of physiological performances, especially about energy metabolism homeostasis in response to various exposure times of temperature stress. Therefore, the current study was conducted to evaluate effects of acute temperature exposure duration on plasma metabolites and gene expression levels, involved in nutrient metabolism and heat shock response, in liver of juvenile olive flounder. In this experiment, juvenile olive flounder (25.0±0.56g; mean±SEM) was abruptly exposed to the water temperature at 30˚C with different exposure durations, including 2, 4 and 6h. Followed by the acute temperature exposure, samples of whole blood, liver and brain tissues in the juveniles recovered at 20˚C were collected at 0, 2, 4, 6, 12, 24, and 48h post the exposure. Hematocrit, glutamate oxaloacetate transaminase (GOT), glutamate pyruvic transaminase (GPT), glucose, total protein (TP), triglyceride (TG), and total cholesterol (TCHO) levels in plasma as well as relative expression levels of various genes in liver and brain, including ampkβ, pparα, pparγ, G6pase, hsp70, gpx, irf3, and cox were analyzed. The results showed that some metabolites (mainly, glucose, GOT, and GPT) and stress response (cortisol) were significantly and transiently elevated with the temperature stress, whereas there was no clear trend in delayed homeostasis in response to the to stress response over exposure periods, and no correlation was found in plasma proteins and lipids. In gene expression, hsp70 showed a similar tendency in liver and brain tissue, and there was no correlation according to exposure conditions. However, ampkβ, pparα, pparγ, G6pase, gpx, irf3, and cox were affected differently, excluding hsp70, and some correlations were observed according to exposure conditions. and some correlations according to exposure conditions were observed. In other words, correlations may differ between tissues and factors affected by stress, and further research is needed for some results that no stress responses and no clear trends in stress response to the acute temperature exposure duration. Lastely, stress exposure times, metabolites, genes and tissues should be considered when conducting stress exposure conditions experiments.