Research on Animal Production

fa اثر تغذیه ای اسید آمینه سرین و مکمل کولین بر بیان ژن‌ های کولین فسفو ترانسفراز 1 و فسفاتیدیل سرین سنتاز 1 در بافت بیضه خروس‌ های مسن مادر گوشتی Nutritional Effect of Serine Amino acid and Choline Supplementation on the Expression of Choline Phosphotransferase 1 (CHPT1) and Phosphatidylserine Synthase 1 (PTDSS1) Genes in the Testicular Tissue of Old Broiler Breeder Roosters تغذیه طیور تغذیه طیور پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: کاهش باروری در انتهای چرخه تولید مثلی خروس&lrm; ها با تغییرات ساختاری و ترکیبی فسفولیپید های غشای اسپرم و کاهش اسید های چرب غیر اشباع بلند زنجیره، به&lrm; ویژه در فسفاتیدیل اتانول آمین، ارتباط مستقیم دارد. در انتهای دوره تولید مثلی، نسبت فسفاتیدیل کولین افزایش و فسفاتیدیل اتانول آمین و فسفاتیدیل سرین کاهش می‌ یابند. از این &lrm;رو، در بهبود کیفیت اسپرم در خروس‌ های مسن‌ تر، تغذیه تأثیر زیادی بر کیفیت و کمیت اسپرم دارد. بنابر این، غنی‌ سازی رژیم غذایی با ترکیبات چند منظوره که این امر را برای مدت طولانی‌ تری حفظ می‌ کنند، برای به حداکثر رساندن مزایای اقتصادی مفید است. افزودن اسید امینه سرین و مکمل کولین در جیره خروس &lrm;های مسن می &lrm;تواند یکی از راهکار های موثر برای افزایش کیفیت اسپرم باشد. سرین به&lrm; طور سنتی به &lrm;عنوان یک آمینو اسید غیر ضروری شناخته می‌ شود، اما نقش‌ های حیاتی از جمله شرکت در سنتز پروتئین و انتقال سیگنال‌ های سلولی در بدن ایفا می‌ کند. افزودن سرین می‌ تواند استرس اکسیداتیو را کاهش و فعالیت آنزیم‌ های آنتی‌ اکسیدانی را افزایش دهد. افزایش استرس اکسیداتیو باعث آسیب به سلول‌ های بیضه پرندگان و در نتیجه کاهش وزن بیضه و تولید اسپرم می‌ شود. مکمل کولین نیز ماده مغذی دارای عملکرد متابولیک ضروری و جزء فسفولیپید های غشایی است. همچنین، کولین با باروری مرتبط است. مکمل کولین می‌ تواند بیان ژن‌ های دخیل در اسپرم‌ زایی را افزایش دهد. کولین برای سنتز فسفولیپید های غشای سلولی به &lrm;‌ویژه در سلول های اسپرم مهم است. از ژن&lrm; های مهم و مؤثر در مسیر بیوسنتز فسفاتیدیل کولین و سرین ژن‌ های کولین فسفوتر انسفراز 1 (CHPT1) و فسفاتیدیل سرین سنتاز 1 (PTDSS1) هستند. آنزیم کولین فسفوتر انسفراز 1 واکنش انتقال گروه فسفوکولین از - CDPکولین به دی‌ آسیل‌ گلیسرول را کاتالیز می‌ کند و در نتیجه فسفاتیدیل کولین تولید می‌ شود، که یکی از مهم‌ ترین فسفولیپید های غشای سلولی است و نقش حیاتی در حفظ ساختار و عملکرد سلول‌ها دارد. فسفاتیدیل کولین علاوه بر این که بخش عمده‌ای از غشای سلولی را تشکیل می‌ دهد، پیش‌ ساز استیل کولین نیز است و در عملکرد های متابولیک و سیگنالینگ سلولی نقش دارد. ژن PTDSS1 کد کننده آنزیم فسفاتیدیل سرین سنتاز 1 است که نقش کلیدی در سنتز فسفاتیدیل سرین، یکی از فسفولیپید های مهم غشای سلولی، ایفا می‌ کند. این آنزیم در غشای شبکه آندوپلاسمی قرار دارد و واکنش تبدیل فسفاتیدیل کولین یا فسفاتیدیل اتانول آمین به فسفاتیدیل سرین را کاتالیز می‌ کند. مطالعات نشان داده‌ اند که افزایش سن با افزایش فسفاتیدیل کولین و کاهش فسفاتیدیل سرین همراه است که می‌ تواند منجر به کاهش باروری شود. بر این اساس، مطالعه حاضر به منظور بررسی اثر افزودن اسیدآمینه سرین و مکمل کولین در جیره خروس‌ های مسن گله‌ های مادر گوشتی بر بیان نسبی ژن‌های کولین فسفوترانسفراز 1 (CHPT1) و فسفاتیدیل سرین سنتاز 1 (PTDSS1) از ژن&lrm; های مهم و مؤثر در مسیر بیوسنتز فسفاتیدیل کولین و سرین انجام شد. مواد و روش: این پژوهش بر روی 36 قطعه خروس مسن مادر گوشتی راس 308 با سن حدود 45 هفته به&lrm;صورت آزمایش فاکتوریل 2×3 در قالب طرح کاملاً تصادفی با شش تیمار و شش تکرار و به &lrm;مدت 10 هفته انجام شد. تیمار های پژوهش شامل 1) جیره پایه (بدون سرین و کولین)، 2) تامین 470 میلی&lrm; گرم بر کیلوگرم کولین در جیره، 3) 0/15 درصد اسید آمینه سرین در جیره، 4) 0/15 درصد اسید آمینه سرین + تامین 470 میلی &lrm;گرم بر کیلوگرم کولین در جیره، 5) 0/3 درصد اسید آمینه سرین در جیره، و 6 ) 0/3 درصد اسید آمینه سرین در جیره + تامین 470 میلی &lrm;گرم کولین در جیره بودند. در انتهای پژوهش برای بررسی ژن، چهار پرنده از هر تیمار کشتار و قسمتی از بافت بیضه سریعا جدا شد و در ازت مایع به آزمایشگاه منتقل و در دمای 80- ذخیره شدند. پس از استخراج  RNAکل، کیفیت و کمیت RNA با الکتروفورز و دستگاه نانودراپ تعیین شدند. سپس، واکنش سنتز cDNA انجام گرفت. به &lrm;منظور تأیید تکثیر اختصاصی ژن‌ های مورد نظر، واکنش زنجیره ای پلیمراز با استفاده از آغازگر های طراحی شده ابتدا در دستگاه ترمال سایکلر انجام شد. پس از آن، واکنش زنجیره &lrm;ای پلیمراز در زمان واقعی (Real-time PCR) نمونه‌ ها با دو تکرار آزمایشی برای ژن‌ های CHPT1، PTDSS1 و ژن بتا اکتین به&lrm; عنوان ژن مرجع اجرا شد. یافته‌ ها: الکتروفورز محصولات واکنش زنجیره‌ای پلیمراز به &lrm;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 پرایمر های طراحی شده بود. نتایج تجزیه واریانس نشان دادند که افزودن اسید آمینه سرین در دو سطح 0/15 و 0/3 درصد منجر به کاهش معنی&lrm; دار بیان نسبی ژن CHTP1 شد (P < 0.05)، در صورتی &lrm;که با افزودن 1400 میلی &lrm;گرم بر کیلوگرم کولین اثر معنی‌ داری بر بیان نسبی این ژن مشاهده نشد (P > 0.05). همچنین، نتایج ریل تایم نشان داد که افزودن 0/3 درصد اسیدآمینه سرین و افزودن 470 میلی &lrm;گرم بر کیلوگرم کولین به &lrm;تنهایی منجر به افزایش معنی &lrm;دار بیان نسبی ژن PTDSS1 شدند (P < 0.05)، اما افزودن 0/15 درصد اسید آمینه سرین روی بیان این ژن تغییر معنی &lrm;داری ایجاد نکرد (P > 0.05). افزودن همزمان 0/3 درصد اسیدآمینه سرین به &lrm;همراه 470 میلی&lrm; گرم بر کیلوگرم کولین منجر به افزایش بیان نسبی ژن PTDSS1 شد (P < 0.05)، اما با افزودن 0/15 درصد اسید آمینه سرین همراه با کولین اثر معنی &lrm;داری مشاهده نشد (P > 0.05). علاوه بر این، افزودن دو سطح 0/15 و 0/3 درصد سرین با وجود کولین سبب کاهش بیان نسبی ژن CHTP1 شد و حضور کولین نتوانست از این کاهش جلوگیری کند. نتیجه‌ گیری: افزودن همزمان 0/3 درصد اسیدآمینه سرین به &lrm;همراه 470 میلی &lrm;گرم بر کیلوگرم کولین به جیره خروس های مسن گله گوشتی منجر به کاهش بیان ژن CHPT1 و  افزایش بیان نسبی ژن PTDSS1 می شود. کاهش بیان نسبی ژن CHPT1 و افزایش بیان نسبی ژن PTDDS1 می&lrm; توانند به ترتیب سبب کاهش فسفاتیدیل کولین و افزایش فسفاتیدیل سرین در بیضه خروس شوند. پس، می &lrm;توان نتیجه گرفت که احتمالا افزودن سرین و کولین جیره می &lrm;تواند با افزایش فسفاتیدیل سرین و کاهش فسفاتیدیل کولین منجر به افزایش کیفیت اسپرم شود.</div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: 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, nutrition has a significant influence on sperm quality and quantity in improving sperm quality in older roosters. 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. The choline supplement 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. Methods: An experiment was conducted involving 36 Ross 308 broiler breeder roosters, approximately 45 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) a basal diet without serine and choline, 2) supplementation with 470 mg/kg of choline in the diet, 3) 0.15% serine amino acid in the diet, 4) 0.15% serine amino acid combined with 470 mg/kg of choline supplementation, 5) 0.3% serine amino acid in the diet, and 6) 0.3% serine amino acid combined with 470 mg/kg of choline supplementation. These treatments were designed to assess the individual and combined effects of serine and choline supplementation in the feed. 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. To confirm the specific amplification of the target genes, the polymerase chain reaction (PCR) 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 and PTDSS1 genes, and the beta-actin gene as a reference gene. Results: Electrophoresis of the PCR products revealed fragments of 127, 109, and 145 base pairs 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 adding the amino acid serine at two concentrations, 0.15% and 0.3%, resulted in a significant decrease in the relative expression of the CHTP1 gene (P < 0.05). In contrast, adding 470 mg/kg of choline did not significantly affect the expression of this gene (P > 0.05). Moreover, real-time PCR results showed that adding 0.3% of the amino acid serine and adding 470 mg/kg of choline alone led to a significant increase in the relative expression of the PTDSS1 gene (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 470 mg/kg of choline resulted in an increase in the relative expression of the PTDSS1 gene (P < 0.05), but no significant effect was observed by adding 0.15% of the amino acid serine with choline (P > 0.05). Furthermore, the addition of two levels (0.15 and 0.3%) of serine with choline resulted in a decrease in the relative expression of the CHTP1 gene, and the presence of choline failed to prevent this decrease. Conclusion: Adding 0.3% of the amino acid serine along with 470 mg/kg of choline to the diet of old broiler breeder roosters resulted in a decrease in the relative expression of the CHPT1 gene and an increase in the relative expression of the PTDSS1 gene. A decrease in the relative expression of the CHPT1 gene and an increase in the relative expression of the PTDDS1 gene, 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 style="text-align: justify;"></div></div> سرین, کولین, بیان ژن, خروس مسن مادر گوشتی Choline, Gene expression, Old broiler breeder roosters, Serine 162 172 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 100319475328460026258 100319475328460026258 No Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Technology, Agricultural sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran 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 100319475328460026259 100319475328460026259 Yes Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Technology, Agricultural sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran 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 100319475328460026260 100319475328460026260 No Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Technology, Agricultural sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran 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 100319475328460026261 100319475328460026261 No Department of Animal Science, Faculty of Animal Science and Food Technology, Agricultural sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران