Research on Animal Production

fa اثرتغذیه ای اسید آمینه سرین و مکمل کولین بر بیان ژن های موثر بر مسیر بیوسنتز فسفاتیدیل کولین در بافت بیضه خروس‌های مسن مادرگوشتی Nutritional effect of serine amino acid and choline supplementation on the expression of genes affecting the phosphatidylcholine biosynthesis pathway in testicular tissue of old broiler breeder roosters تغذیه طیور تغذیه طیور پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">مقدمه و هدف: کاهش باروری در انتهای چرخه تولیدمثلی خروسها با تغییرات ساختاری و ترکیبی فسفولیپیدهای غشای اسپرم و کاهش اسیدهای چرب غیر اشباع بلند زنجیر، به ویژه در فسفاتیدیل اتانول آمین، ارتباط مستقیم دارد. در انتهای دوره تولیدمثلی نسبت فسفاتیدیل کولین افزایش و فسفاتیدیل اتانول آمین و فسفاتیدیل سرین کاهش می‌یابد. از این رو، در بهبود کیفیت اسپرم در خروس‌های مسن‌تر، تغذیه تأثیر زیادی بر کیفیت و کمیت اسپرم دارد. بنابراین، غنی‌سازی رژیم غذایی با ترکیبات چند منظوره که این امر را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کنند، برای به حداکثر رساندن مزایای اقتصادی مفید است. افزودن اسیدامینه سرین و مکمل کولین در جیره خروس های مسن می تواند یکی از راهکارهای موثر برای افزایش کیفیت اسپرم باشد. سرین بطور سنتی بعنوان یک آمینواسید غیرضروری شناخته می‌شود، اما نقش‌های حیاتی از جمله شرکت در سنتز پروتئین و انتقال سیگنال‌های سلولی در بدن ایفا می‌کند. افزودن سرین می‌تواند استرس اکسیداتیو را کاهش داده و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی را افزایش دهد. افزایش استرس اکسیداتیو باعث آسیب به سلول‌های بیضه پرندگان و در نتیجه کاهش وزن بیضه و تولید اسپرم می‌شود. مکمل کولین نیز ماده مغذی دارای عملکرد متابولیک ضروری و جزء فسفولیپیدهای غشایی است. کولین همچنین با باروری مرتبط است. مکمل کولین می‌تواند بیان ژن‌های دخیل در اسپرم‌زایی را افزایش دهد. کولین برای سنتز فسفولیپیدهای غشای سلولی بویژه در سلولهای اسپرم مهم است. از ژن های مهم و موثر در مسیر بیوسنتز فسفاتیدیل کولین و سرین ژن‌های کولین فسفوترانسفراز 1 (CHPT1) و فسفاتیدیل سرین سنتاز 1 (PTDSS1) هستند. آنزیم کولین فسفوترانسفراز 1 واکنش انتقال گروه فسفوکولین از - CDPکولین به دی‌آسیل‌گلیسرول را کاتالیز می‌کند و در نتیجه فسفاتیدیل کولین تولید می‌شود، که یکی از مهم‌ترین فسفولیپیدهای غشای سلولی است و نقش حیاتی در حفظ ساختار و عملکرد سلول‌ها دارد. فسفاتیدیل کولین علاوه بر اینکه بخش عمده‌ای از غشای سلولی را تشکیل می‌دهد، پیش‌ساز استیل کولین نیز هست و در عملکردهای متابولیک و سیگنالینگ سلولی نقش دارد. ژن PTDSS1 کدکننده آنزیم فسفاتیدیل سرین سنتاز 1 است که نقش کلیدی در سنتز فسفاتیدیل سرین، یکی از فسفولیپیهای مهم غشای سلولی ایفا می‌کند. این آنزیم در غشای شبکه آندوپلاسمی قرار دارد و واکنش تبدیل فسفاتیدیل کولین یا فسفاتیدیل اتانول آمین به فسفاتیدیل سرین را کاتالیز می‌کند. مطالعات نشان داده‌اند که افزایش سن با افزایش فسفاتیدیل کولین و کاهش فسفاتیدیل سرین همراه است که می‌تواند منجر به کاهش باروری شود. بدین ترتیب، مطالعه حاضر به منظور اثر افزودن اسیدآمینه سرین و مکمل کولین در جیره خروس‌های مسن گله‌های مادر گوشتی بر بیان ژن‌های کولین فسفوترانسفراز 1 (CHPT1) و فسفاتیدیل سرین سنتاز 1 (PTDSS1) از ژنهای مهم و موثر در مسیر بیوسنتز فسفاتیدیل کولین و سرین انجام شد. مواد و روش: در این آزمایش تعداد 36 قطعه خروس مسن مادر گوشتی راس 308 با سن حدود 65 هفته بصورت آزمایش فاکتوریل 2*3 در قالب طرح کاملاً تصادفی با 6 تیمار و 6 تکرار به مدت 10 هفته انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل: 1) جیره پایه حاوی صفر درصد اسید آمینه سرین+ صفر درصد کولین، 2) صفر درصد سرین + تامین 1400 میلیگرم بر کیلوگرم کولین، 3) 15/ 0 درصد اسید آمینه سرین + صفر درصد مکمل کولین، 4) 15/ 0 درصد اسید آمینه سرین + تامین 1400 میلی گرم بر کیلوگرم کولین، 5) 3/ 0 درصد اسید آمینه سرین + جیره حاوی صفر درصد مکمل کولین و 6 ) 3/ 0 درصد اسید آمینه سرین + تامین 1400میلیگرم کولین بودند. در انتهای آزمایش برای بررسی ژن ، 4 پرنده از هر تیمار کشتار و قسمتی از بافت بیضه سریعا جدا شد و به همراه ازت مایع به آزمایشگاه منتقل و در دمای 80- ذخیره گردیدند. پس از استخراج RNA  کل، کیفیت و کمیت RNA با الکتروفورز و دستگاه نانودراپ تعیین گردید. سپس واکنش سنتز cDNA انجام گرفت. به منظور تأیید تکثیر اختصاصی ژن‌های مورد نظر، واکنش زنجیره ای پلیمراز با استفاده از پرایمرهای طراحی شده ابتدا در دستگاه ترمال سایکلر انجام شد. پس از آن، واکنش واکنش زنجیره ای پلیمراز در زمان واقعی (Real-time PCR) بر روی نمونه‌ها را با دو تکرار آزمایشی برای ژن‌های CHPT1 ، PTDSS1 و ژن بتا اکتین بعنوان ژن مرجع اجرا گردید. یافته‌ها: الکتروفورز محصولات واکنش زنجیره‌ای پلیمراز به ترتیب قطعات ۱۲۷  ، ۱۰۹ و ۱۴۵ جفت باز را برای CHPT1،  PTDSS1 و  β-actin نشان داد. مشاهده تنها یک قله در منحنی‌های ذوب، تایید کننده اختصاصی بودن پرایمرهای طراحی شده بود. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که افزودن اسیدآمینه سرین در دو سطح 15/0 و 3/0 درصد منجر به کاهش معنیدار بیان ژن CHTP1 شد (P<0.05)، در صورتیکه با افزودن 1400 میلیگرم بر کیلوگرم کولین اثر معنی‌داری روی بیان این ژن مشاهده نشد (P>0.05). همچنین، نتایج ریل تایم نشان داد که افزودن 3/0 درصد اسید آمینه سرین و افزودن 1400 میلیگرم بر کیلوگرم کولین به تنهایی منجر به افزایش معنیدار بیان ژن PTDSS1 شدند (P<0.05)، اما افزودن 15/0 درصد اسید آمینه سرین روی بیان این ژن تغییر معنیداری ایجاد نکرد (P>0.05). افزودن همزمان 3/0 درصد اسید آمینه سرین به همراه 1400 میلیگرم بر کیلوگرم کولین منجر به افزایش بیان ژن PTDSS1 شده است (P<0.05)، اما با افزودن 15/0 درصد اسید آمینه سرین همراه با کولین اثر معنیداری مشاهده نشده است (P>0.05). علاوه بر این، افزودن دو سطح 15/0 و 3/0 درصد سرین با وجود کولین سبب کاهش بیان ژن CHTP1 شده است و حضور کولین نتوانسته است از این کاهش جلوگیری کند. نتیجه‌گیری: افزودن همزمان 3/0 درصد اسید آمینه سرین به همراه 1400 میلیگرم بر کیلوگرم کولین به جیره خروس های مسن گله گوشتی منجر به کاهش بیان ژن CHPT1 و  افزایش بیان ژن PTDSS1 می گردد. کاهش بیان ژن CHPT1 و افزایش بیان ژن PTDDS1 به ترتیب سبب کاهش فسفاتیدیل کولین و افزایش فسفاتیدیل سرین در بیضه خروس می گردد. پس می توان نتیجه گرفت که احتمالا افزودن سرین و کولین جیره می تواند با افزایش فسفاتیدیل سرین و کاهش فسفاتیدیل کولین منجر به افزایش کیفیت اسپرم گردد.  </div> <div style="text-align: justify;">Introduction and Objective: Reduced fertility at the end of the reproductive cycle of roosters is directly related to structural and compositional changes in sperm membrane phospholipids and a decrease in long-chain unsaturated fatty acids, especially in phosphatidylethanolamine. At the end of the reproductive period, the ratio of phosphatidylcholine increases, and phosphatidylethanolamine and phosphatidylserine decrease. Hence, in improving sperm quality in older roosters, nutrition has a significant influence on sperm quality and quantity. Therefore, enriching the diet with multifunctional compounds that maintain this for a longer period is beneficial to maximize economic benefits. Adding the amino acid serine and choline supplements to the diet of older roosters can be an effective strategy to increase sperm quality. Serine is traditionally considered a non-essential amino acid; however, it plays vital roles in protein synthesis and cell signal transduction within the body. Serine can reduce oxidative stress and increase the activity of antioxidant enzymes. Increased oxidative stress causes damage to testicular cells in birds, resulting in reduced testicular weight and sperm production. Choline supplementation is a nutrient with essential metabolic functions and is a key component of membrane phospholipids. It has also been linked to fertility, as choline supplementation can enhance the expression of genes involved in spermatogenesis. Choline plays a crucial role in synthesizing cell membrane phospholipids, particularly in sperm cells. Key genes involved in the biosynthesis pathways for phosphatidylcholine and serine include choline phosphotransferase 1 (CHPT1) and phosphatidylserine synthase 1 (PTDSS1). The enzyme choline phosphotransferase 1 catalyzes the transfer of a phosphocholine group from CDP-choline to diacylglycerol. This reaction produces phosphatidylcholine, which is one of the most essential phospholipids in cell membranes. Phosphatidylcholine plays a crucial role in maintaining the structure and function of cells. Phosphatidylcholine is a key component of cell membranes and serves as a precursor for acetylcholine. It also plays important roles in metabolic functions and cell signaling. The PTDSS1 gene encodes an enzyme called phosphatidylserine synthase 1, which is essential for the production of phosphatidylserine, a crucial phospholipid found in cell membranes. This enzyme is situated in the endoplasmic reticulum membrane and catalyzes the conversion of either phosphatidylcholine or phosphatidylethanolamine into phosphatidylserine. Research has indicated that aging is associated with an increase in phosphatidylcholine levels and a decrease in phosphatidylserine levels, which may contribute to reduced fertility. Thus, the present study was conducted to investigate the effect of adding the amino acid serine and choline supplementation to the diet of old broiler breeder roosters on the expression of choline phosphotransferase 1 (CHPT1) and phosphatidylserine synthase 1 (PTDSS1) genes, which are important and effective in the phosphatidylcholine and serine biosynthesis pathway. Material and Methods: An experiment was conducted involving 36 Ross 308 broiler breeder roosters, approximately 65 weeks old. The study utilized a completely randomized design (CRD) with a 3×2 factorial arrangement of the treatments. This setup included six treatments and six replications, and the experiment lasted for 10 weeks. The experimental treatments included: 1) Basal diet contains 0% of the amino acid serine + 0% of choline, 2) 0% serine + 1400 mg/kg choline, 3) 0.15% amino acid serine + 0% choline supplement, 4) 0.15% amino acid serine + 1400 mg/kg choline, 5) 0.3% amino acid serine + diet containing 0% choline supplement, and 6) 0.3% amino acid serine + 1400 mg choline supplement. At the end of the experiment, four birds from each treatment were euthanized for gene analysis. A portion of their testicular tissue was promptly removed and transported to the laboratory in liquid nitrogen, where it was stored at -80°C. Following the extraction of total RNA, the quality and quantity of the RNA were assessed using electrophoresis and a Nanodrop device. In order to confirm the specific amplification of the target genes, polymerase chain reaction using designed primers was first performed in a thermal cycler. After that, real-time PCR was performed on the samples with two experimental replicates for the CHPT1, PTDSS1 genes and the beta-actin gene as a reference gene. Results: Electrophoresis of the polymerase chain reaction products revealed fragments of 127, 109, and 145 base pair for CHPT1, PTDSS1, and β-actin, respectively. The observation of only one peak in the melting curves confirmed the specificity of the designed primers. The analysis of variance results indicated that the addition of the amino acid serine at two concentrations, 0.15% and 0.3%, resulted in a significant decrease in CHTP1 gene expression (P < 0.05). In contrast, the addition of 1400 mg/kg of choline did not significantly affect the expression of this gene (P > 0.05). Also, real-time results showed that adding 0.3% of the amino acid serine and adding 1400 mg/kg of choline alone led to a significant increase in PTDSS1 gene expression (P<0.05), but adding 0.15% of the amino acid serine did not cause a significant change in the expression of this gene (P>0.05). Simultaneous addition of 0.3% of the amino acid serine with 1400 mg/kg of choline resulted in an increase in PTDSS1 gene expression (P<0.05), but no significant effect was observed with the addition of 0.15% of the amino acid serine with choline (P>0.05). Also, the addition of two levels of 0.15 and 0.3% of serine with choline resulted in a decrease in CHTP1 gene expression, and the presence of choline failed to prevent this decrease. Conclusion: Adding 0.3% of the amino acid serine along with 1400 mg/kg of choline to the diet of old broiler breeder roosters resulted in a decrease in CHPT1 gene expression and an increase in PTDSS1 gene expression. A decrease in CHPT1 gene expression and an increase in PTDDS1 gene expression, respectively, resulted in a decrease in phosphatidylcholine and an increase in phosphatidylserine in the rooster testis. Therefore, it can be concluded that adding serine and choline to the diet could possibly increase sperm quality by increasing phosphatidylserine and decreasing phosphatidylcholine.</div> سرین, کولین, بیان ژن, خروس مسن مادر گوشتی serine, choline, gene expression, old broiler breeder roosters 0 0 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1755-3&slc_lang=fa&sid=1 mahkam alizadeh مه کام علیزاده mahkam.alizadeh1401@gmail.com 100319475328460025954 100319475328460025954 No Ph. D student in Poultry Nutrition, Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Technology, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran دانشجوی دکتری تغذیه طیور، گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران ali aghaei علی آقائی ali_aghaei110@yahoo.com 100319475328460025955 100319475328460025955 Yes Assistant Professor, Department of Animal Science, Faculty of Animal science and Food Technology, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran استادیار گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران saleh tabatabaei vakili صالح طباطبائی وکیلی s_tabatabaei58@yahoo.com 100319475328460025956 100319475328460025956 No Associate Professor, Department of Animal Science, Faculty of Animal science and Food Technology, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran دانشیار گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران mahmoud nazari محمود نظری fat_sa_2005@yahoo.com 100319475328460025957 100319475328460025957 No Associate Professor, Department of Animal Science, Faculty of Animal science and Food Technology, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran دانشیار گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران