Effects of dietary protein and lipid levels on stress responses of northern snakehead (Channa argus) under acute temperature stress

Abstract

Due to the importance of major nutrients such as protein and lipid for optimal growth and physiological performances of fishes, many studies have been conducted to determine its requirement for cultured fishes. However, little is known about interactive effects of dietary protein and lipid levels on temperature stress responses in cultured fishes. Northern snakehead is a commercially important fish species in Asia but has faced with continuously increasing water temperature associated with climate change. Thus, a 3 × 3 factorial experiment was designed to evaluate the relationship between interaction of dietary protein and lipid levels and physiological performance of juvenile northern snakehead responding to acute temperature stress. Four hundred five juveniles (initial body weight: 19.3 ± 0.03 g; mean ± SEM) were randomly distributed into each of 27 tanks (15 fish per tank; N = 3 tanks per treatment). Nine diets were prepared to contain three levels of crude protein (41, 44, and 47%) in combination with three levels of crude lipid (6, 9, and 12%). Following the 60-days of feeding trial, the juveniles from each of the nine treatments were abruptly exposed to higher water temperature at 35 ℃ for 2 hours and were recovered at ambient water temperature for 2 hours. Results showed that a significant interactive effect of dietary protein and lipid levels on weight gain (WG), specific growth rate (SGR), feed efficiency (FE), and condition factor (CF), showing the improved values as the protein increased but the lipid level decreased (P < 0.05). There was a main effect of both protein and lipid levels on WG, SGR, FE, and CF. Based on results of the three-way (3 protein levels × 3 lipid level × 2 stress condition) ANOVA test on plasma metabolites, there was neither the interactive effects between the dietary nutrient levels and stress condition nor the interactive effect between the protein and lipid levels on plasma metabolites. However, a significant main effect of temperature stress was detected in plasma glutamic oxaloacetic transaminase (GOT), glutamic pyruvate transaminase (GPT), total protein (TP), and triglyceride (TG). There was a significant main effect of dietary protein levels on the relative gene expression of heat shock protein 70 (hsp70) in head kidney, whereas no change in heat shock protein 60 (hsp60) and hsp70 in other tissues, including gill, liver, and spleen was observed. In summary, the tested dietary protein and lipid levels resulted in significant alteration of the growth responses; however, those did not induce dramatic changes in plasma metabolites and the expression of the key stress markers (hsp60 and hsp70) in gill, liver, and spleen with the exception in the head kidney when exposed to the acute temperature stress.|어류의 최적 성장과 생리적 성능을 위해서는 단백질, 지질과 같은 주요 영양소가 중요하므로 양식 어류에 대한 주요 영양소 요구량을 결정하기 위해 많 은 연구가 수행되었다. 그러나 양식 어류의 온도 스트레스 반응에 대한 사료 내 단백질과 지질 수준의 상호 작용 효과에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 북부 가물치(Channa argus)는 아시아에서 상업적으로 중요한 어종이며, 기후 변화로 인해 지속적으로 상승하는 수온에 직면해 있다. 따라서 치어기 북부 가물치의 지 속 가능한 양식을 위해서는 사료 내 다양한 단백질과 지질 수준이 급성 온도 스 트레스에 반응하여 이 종의 생리적 성능에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것 이 중요하다. 사료 내 단백질과 지질 수준의 상호 작용과 급성 온도 스트레스에 반응 하는 생리적 성능 사이의 관계를 평가하기 위해 3 × 3 (단백질 수준 3가지 × 지질 수준 3가지) 요인 실험이 설계되었다. 평균 19.3 ± 0.03 g (평균 ± SEM)의 치어 기 가물치 455마리의 새끼를 27개의 직사각형 수조 (수조당 15마리씩)에 무작위 로 배치했다. 세 가지 수준의 조단백질(41, 44, 47%)과 함께 세 가지 수준의 조 지질(6, 9, 12%)을 함유하도록 9가지 실험구를 구성하였다. 60일간의 사육 실험 후(비스트레스 그룹: NS), 실험구 당 3마리의 가물치 치어는 급성 온도 스트레스 에 노출되었다(35℃에서 2시간 수온 스트레스 및 사육 수온 27℃에서 2시간 회 복 그룹: TS). 사육 실험 결과(NS 그룹), 사료 내 단백질과 지질 수준이 증체율(WG), 일간 성장률(SGR), 사료 효율(FE), 및 비만도(CF)에 대한 유의미한 상호 작용 효과를 보여주었으며, 사료 내 단백질 수준이 증가함에 따라 지질 수준은 감소함 에 따라 유의하게 높은 값을 보여주었다 (P <0.05). WG, SGR, FE 및 CF에서는 사료 내 단백질과 지질 수준이 메인 이펙트가 있었다. 혈장대사산물 분석에서 3원 분산분석(단백질 수준 3가지 x 지질 수준 3가지 x 스트레스 조건 2가지) 결과에 따르면, 사료 내 영양 수준과 스트레스 조건 사이의 상호작용 효과나 혈장대사산 물에 대한 단백질과 지질 수준 사이의 상호작용 효과가 나타나지 않았다. 그러나 온도 스트레스의 중요한 주요 영향은 혈장 글루타민산 옥살로초산 트랜스아미나 제(GOT), 글루타민산 피루빈산 트랜스아미나제(GPT), 총 단백질(TP) 및 중성 지방(TG)에서 감지되었다. 신장에서 열 충격 단백질 70(hsp70)의 상대적 유전 자 발현에 대해서는 사료 내 단백질 수준에서 메인 이펙트가 있었던 반면, 아가미, 간 및 비장을 포함한 다른 조직에서는 열 충격 단백질 60(hsp60)과 hsp70의 변 화가 없었습니다. 요약하면, 사료 내 단백질과 지질 수준은 성장 반응에 상당한 변화를 가 져왔다. 그러나 이는 급성 온도 스트레스에 노출되었을 때 신장을 제외하고 아가 미, 간 및 비장의 혈장 대사 산물과 주요 스트레스 인자(hsp60 및 hsp70)의 발현에 극적인 변화를 유발하지 않았다고 판단된다.