التكنولوجيا الحيوية

-١مستقبلات تضاعف المنشط البروكسيسوم:

Peroxisome – proliferator – activated receptors (PPARs):

)- Steralregulatory element binding protein (SREBP

)- Liver Xreceptor (LXR

)- Carbohydrate response element binding protein (CHREBP وتعتبر عوامل الطبع هذه مركبات اساسية خلال تأثير العناصر الغذائية علي التعبير الجيني.

هناك تقنيات البيولوجيا الجزيئية molecular biological techiquesتعطي معلومات لعدد من الجينات في نفس الوقت ويمكن ان تستخدم في دراسات غذائية .محددات شكل التعبير الجيني gene expression profilingقد تظهر وتحدد باستخدام تقنيات ميكرواراي Microarrayالذي يمكن ان توضح التعبير لالاف الجينات تلقائيا ،وهذه الجينات قد يكون لها افعال او تأثيرات معروفه او غير معروفه والتقنية تعتمد فقط علي الخلط البسيط مع اجزاء حامض DNA مثبت affixedلفلتر فردي نايلون او جانب زجاجي .مظهر اخر متنوع Integrative

approacheمثل:

- Differential Display RT –PCR.

- Serial Anmalysis of Gene Expression (SAGE).

هذه التقنيات ممكن تطبيقها ولكن لها بعض العوائق التي تحد من استخدامها ،وعامة هذه التقنيات Differential PCR and SAGEليست تكنيك قائم بذاته ،فالتكنيك Differential display PCRممكن تعبر خطأ غالبا عند تكبير . low-copy RNAs

-٢طريقة الجين المرشح في تغذية الأسماك

Candidate Gene Approach in Fish Nutrition:

لبيان الاستفادة من المدخل الجزئي molecular approachفي تغذية الأسماك يتم تحديد امثلة قليلة لدراسات حديثة في النظام الغذائي للتعبير الجيني المرشح للبروتينات في عملية الهضم والتمثيل الوسيط )المركبات الوسطيه( في الأسماك.

١-٢التنظيم الغذائي لفسيولوجيا الهضم علي المستوي الجزئي :

Nutritional regulation of digestive physiology at a molecular level:

في السياق contextوقف/اخماد suppressionللعلائق الحية والاحلال بعلائق خاملة ليرقات

الاسماك البحرية.

يتم انتاج يرقات وصغار الاسماك البحرية ،Marine fish larvae and juvenileمثل:

)gilthead sea bream (٣) .Dicentrarchus labrax (٢) .European sea base (١

.aurata Sparus

) .red sea bream chrysophrys major(٤في مفرخات تجارية لازالت تعتمد علي الامداد بالفرائس الحية )الغذاء الحي الطبيعي( live preyمثل . rotifers and artemiaوكما هو واضح في حالة يرقات البيض الصغير في المياه العذبة أو cyprinidsواحلال مكونات العليقة بالفرائس الحية حاسم لخفض تكاليف الانتاج واستدامة انتاج عالي وثبات الجودة من ، juveniles.

يتم احلال مكونات العليقة بالفرائس الحية بعد عدة اسابيع من العمر في مفرخات الاسماك البحرية،

ر عند فتح الفم as early as

بينما يمكن تغذية انواع من أسماك المياه العذبة مكونات العلائق مبك ا

.mouth opening

اجريت عدة دراسات لتقدير زمن بداية التغذية و/أو عمل الجهاز الهضمي في يرقات الاسماك حتى يتم استخدام التقنية الجزيئية. Molecular techniques يمكن اقلمة انزيمات الهضم )العصارة البنكرياسية والمعوية( ليرقات سمك القاروص sea bass لتركيب وجودة العلائق وهذا يرجع الي التنظيم الجزيئي لتعبيرها الجيني .والتناقض المرتبط بالنشاط النوعي ومستويات mRNAلانزيم الاميليز بتنظيم طباعته Transcriptionally regulated خلال نمو وتطور اليرقات mRNA .الاميليز ونشاطه يكون عاليا جدا خلال مرحلة اليرقات

٣٣٢

الصغيرة وينخفض خلال تطور نمو اليرقات .عموما ،أظهرت النتائج ان الفعل الهضمي لمختلف اعضاء الهضم )البنكرياس والامعاء( يكون كافيا قبل بداية التغذية الخارجية وعندما يكون لدي اليرقات القدرة علي أقلمة افراز انزيماتها ونشاطاتها لتركيب العليقة .ومع ذلك ،يجب الاخذ في الاعتبار عند تكوين عليقة اليرقات نماذج البرامج الجينية للآنزيمات The genetically programmed pattern of enzymes.

هدف اخر هام في دراسة اجريت حاليا في تغذية اليرقات هو تحسين جودة صفات اليرقات ،اظهرت اقلمة تحسين تأثير العناصر الغذائية ليرقات الاسماك وجودة صفاتها ،وقد تم وصف العديد من الصفات والتراكيب الشاذة في يرقات الاسماك وخاصة الهيكل العظمي غير الطبيعي المرتبط بالعناصر الغذائية .مثال ذلك فإن مستويات عالية من حمض الريتنويك retinoic acidفي العليقة يؤدي الي شذوذ العظام في يرقات Japanese flounderمع تشوهات الجنين the teratogenic effectلحمض retinoic acidالملحوظة في المراحل الجنينيه وبعدها تم تفسيرها بانخفاض ) sonic hedgehog (shhالمعروف بعامل الطباعة او الاستنساخ transcriptional factorفهم فعل مكونات العليقة علي المستوي الجزيئي قد تسمح بتحسين جودة صفات اليرقات

التي تم تربيتها في المفرخات.

٢-٢التنظيم الغذائي لتمثيل الدهون:

اخماد زيت السمك/مسحوق سمك بنواتج نباتيه بدون نتيجة سلبية علي صفات وجودة المنتج

السمكي.

Context:suppression of fish oil/fishmeal by vegetable product without negative consequences on fish product quality.

١-٢-٢تخليق الحامض الدهني : Fatty acid biosynthesis ركود stagnationدرجات او رتب غذاء المصائد feed grade fisheriesبزيادة الحاجة والطلب علي زيت السمك يوجب توفير بدائل زيوت الاسماك اذا استمر التوسع في الاستزراع السمكي وامداد اكثر للطلب العالمي للأسماك .البديل المستديم لزيوت الاسماك الوحيد الزيت النباتي الذي يحتوي تركيزعالي من C18ومجرد/خالي من الاحماض الدهنية الاساسية مثل ) .Eicosapentaenoic acid (EPA) or docosahexaenoic acid (DHAمع تسوية قيمتها الغذائية ومن الضروري فهم الاساس الجزيئي لتخليق الحامض الدهني واتزانه وتنظيمه في الأسماك للأستغلال الأمثل وممارسة نشاط مسارات التحويل الحيوي لتمكين الاستخدام المؤثر والكفء

للزيوت النباتية في الاستزراع.

المسار الذي فيه تخليق الأحماض الدهنية C20 and C22حيويا من المركب C18هو مهم جدا في الاسماك ،العديد من الفقاريات يمكنها تحويل حمض دهني C18 – n-3الي احماض دهنيه طويله السلسلة n-3مثل DHA ,. EPAمن خلال مسار يشمل عديدا من تفاعلات تشبع وطول سلسلة

الاحماض الدهنية.

قد تستخدم اسماك المياه العذبة جميع الانزيمات التي تشمل التخليق الحيوي لاحماض دهنيه طويلة سلسلة عديدة عدم التشبع LC PUFAبينمالا تستطيع الاسماك البحرية إنتاج c DHAsبمعدلات معنوية ويرجع ذلك الي نقص ظاهري في خطوة او أكثر في المسار .حديثا ،حدث تقدم معنوي في خصائص عدم تشبع الاحماض الدهنيه تشتمل تخليق .Lc-PUFA نسخة ∆6 desaturases, cloned cDNAsتم فصلها واختبار فعلها في اسماك المياه العذبةZebrafish Daniorerio, Rainbow trout Oncorhynchusmykiss, Atlantic .

salmon Salmosular, Common carp Cyprinuscarpio.والأسماك البحريه Turbot, .Gilthead seabreamاكثر من ذلك ،لوحظ تنظيم غذائي قوي للتعبير الجيني desaturase ∆6بالليبدات والكربوهيدرات ومع ذلك ،لم يحدد جين ∆6 desaturaseفي الاسماك البحرية

٣٣٣

وعلي النقيض من اسماك المياه العذبة مما يستنتج منه التقدير الجيني بالاعتماد علي الأسماك البحرية لزيت السمك الغني في .n3 LC-PUFAومن المعلوم ان وجود EPA and DHAفي العلائق ما زال ضروريا لانتاج اسماك بحرية عالية الجودة غنيه في n3 PUFAsلغذاء الانسان.

٢-٢-٢العلاقة بين كمية ونوعية الليبيدات الغذائية وليبيدات الانسجة في أهمية تخزين

اللبيدات :

link between dietary lipid quantity and quality and tissue lipis

importance of lipid storage:

هناك علاقة قوية بين مستوي استهلاك لبيدات العليقة ومستويات اللبيدات الموجودة في الجسم وخاصة العضلات في الاسماك ،زيادة ترسيب دهون في الجسم بسبب مشاكل عديدة في هذه الانواع وتميل الي تخزين الدهن في اللحم .ومع ذلك ،من المعروف ان مستويات اللبيدات في اللحم ومكان تخزين اللبيدات )عضلات -كبد -انسجة الاحشاء الدهنية( تختلف معنويابين الانواع والجميع واحيانا بين الفرديات في الجميع .ليس واضحا لاي مدي تساهم العوامل الجينيه للأختلافات الملحوظة ،من الضروري اجراء دراسات عن آلية التنفيذ في تخزين لبيدات العليقة.

اجريت دراسات اولية عن الانزيمات المفتاح key enzymesمثل انزيم ليبيز ليبوبروتينظ) Lipoprotein Lipase (LPLالموجود في حركة وتخزين اللبيدات ،وتلعب LPLدو ار مركزيا في تمثل الليبوبروتين وتحليل الجلسيريدات الثلاثية والفوسفولبيدات في الشيلوميكرونات

والليبوبروتينات الاقل كثافة جدا VLDL

وعلي النقيض ما تم ملاحظته في الثدييات ،جينات LPLيعبر عنها في كبد اسماك adult rainbow trout and red sea breamلهذا فان دور LPLفي وظائف كبد الاسماك مشابهة لانزيم الليبيز في الفقاريات في حالة red sea breamجين LPLينتظم في tissue specific fashionبالحالة الغذائية ،هذا تنظيم LPLقد يؤثر علي مخزون اللبيدات في الأسماك والاختلاف يعتمد علي النسيج.

٣-٢التنظيم الغذائي لتمثيل الجلوكوز

Nutritional regulation of glucose metabolism :

ارتباط مواد علف نباتيه المصدر يتضمن من الضروري وجود الكربوهيدرات.

Context:incorporation of plant based protein feedstuffs necessarily

involves inclusion of carbohydrates.

عامة Teleostsلا تستخدم كربوهيدرات العليقة جيدا ،وقد يبدو انها تعيش في اختلافات داخل الانواع .وفي مجال احلال مسحوق السمك بمواد علف نباتيه غنيه طبيعيا في الكربوهيدرات لعلائق اسماك أكله اللحوم carnivorous fishومن المهم لتحليل التنظيم الغذائي لتمثيل الجلوكوز لفهم لماذا هذه الانواع تواجه صعوبات في استخدام مستويات عالية من الكربوهيدرات المهضومة.

مختلف الفروض تم فرضها في السياق لفهم الاختلافات داخل النوع في كفاءة استخدام كربوهيدرات العليقة ،دراسات حديثة في هذا المجال والتخصص اجريت لاستخدام الطرق الجزيئية للأجابة علي

بعض هذه الاسئلة.

١-٣-٢نقل الجلوكوز وأهمية حوامل الجلوكوز:

Glucose transport importance of glucose transporters (Gluts):

نقل الجلوكوز داخل الخلايا هي اول خطوة لاستخدام الجلوكوز والاستفادة منه لاي كائن حي.

دراسات علي المستوي الجزيئي تم الاستفادة منها لتمييز انواع محددة ومميزة من حوامل الجلوكوز

والكشف عن وجودها او غيابها في الاسماك

* -حامل جلوكوز (Glut 1) ١حامل جلوكوز . ubiquitous * -حامل جلوكوز (Glut 2) ٢حامل مستويات عالية من الجلوكوز اما في الكبد/البنكرياس او

خارج الامعاء الي الدم.

٣٣٤

* -حامل جلوكوز (Glut 4)٤حامل انسولين حساس يوجد في عملية نقل الجلوكوز في العضلات

ودهون الانسجة .

* -هذه الحوامل توجد في اسماك Rainbow troutخلال الاستنساخ/التهجين للجين المطابق وتحليل تعبيرها الجيني .وقد تأكد وجود هذه الحوامل حاليا/ومطلوب اجراء المزيد من التجارب لتحليل الرقابة الغذائية لتعبيرها الجيني خاصة فعلها واداءها مثل قدرتها علي نقل موقعها للحاجز او

الغشاء الخلوي )خاصة بحامل جلوكوز.(٤

٢-٣-٢تمثيل الجلوكوز :Glucose metabolism

الاتزان بين كفاءة استخدام الجلوكوز والتخزين والتحويل الحيوي )دورة الجلوكوز اللاهوائية ،تكوين الجليكوجين ،تكوين اللبيدات( وانتاج الجلوكوز )تحويل الجليكوجين الي جلوكوز /تحليل

الجليكوجين( عمليات البناء والهدم.

Glucose metabolism :equilibrium between glucose utilization / storage / bioconversion (glycolysis, glycogenogenesis, lipogenesis) and glucose

production (gluconeogenesis/glycogenolysis).

تلعب الكبد دورحيوي )مفتاح( في تناسق تمثيل الجسم بالاستجابة الي الحالة الغذائية العديد من التأثيرات المنظمة تحدث مبدئيا في الكبد ثم تعدل فعل واداء الاعضاء الاخري وفقا لكفاءة استخدام العنصر الغذائي وتمثيله .كلا من المسارات التمثيلية التي تؤدي الي التكوين والهدم تكون نشطة في الكبد ،احد الفروض لشرح كفاءة استخدام كربوهيدرات العليقة المنخفضة هي تنظيم نموذجي لتمثيل الجلوكوز في كبد الاسماك التي تتغذي علي مستويات عالية من الكربوهيدرات.

أول مسار تمثيلي وجدت في تخزين النواتج النهائية لاستخدام والاستفادة من الجلوكوز )تكوين الجلوكوز لاهوائيا ،تكوين الليبدات وتكوين الجليكوجين( عند تغذية الثدييات بالكربوهيدرات ،قيم اداء الانزيمات في هذه المسارات التمثيلية غالبا بالارتباط مع زيادة مستويات mRNAهذا المعمل ومعامل اخري وجدت اول انزيم في فسفرة الجلوكوز ،جلوكوكينيز تحدث حقيقة بدرجة عالية في gilthead sea bream ,rainbow troutبعدالتغذية علي الكربوهيدرات ،هذا التفاعل له علامة بتعبير جين عالي للجلوكوكينز كما في الثدييات .استنساخ glucokinase cDNAمثل التنظيم الغذائي هو أول اثبات اقلمه محتملة للأسماك أكله اللحوم للكربوهيدرات بميكانيكية مماثلة لما يحدث في الثديات :الافتراض الاولي لغياب مقنع للجلوكوكينز في كبد الاسماك تم تقيده ودحضه بهذه الدراسات )في هذه الانواع علي الاقل( واقتراح ان هذه الخطوة ليست العامل المحدد لشرح وتفسير الاستخدام المنخفض لكربوهيدرات العليقة في الأسماك.

ثاني مسار تمثيل التطابق/التماثل في انتاج الجلوكوز الداخلي Endogenous glucoseبالكبد، هناك مساران تمثيليان هما .glycogenolyis and gluconeogenesis علي النقيض من الثدييات فى أسماك gilthead seabreamلايوجد انخفاض في التعبير الجيني gluconeogenicولا فعالية جلوكوز -٦-فوسفاتيز ،فركتوز ٦ ،١ثنائي فوسفاتيز ،FB Pase فوسفو إينول بيروفات كربوكسي كينز ،وبغض النظر للحالة الغذائية لاسماك،Rainbow Trout اذا صامت اسماك troutاو تغذت بدون او بكربوهيدرات العليقة فان فعالية الانزيم او مستويات m RNAلا تختلف ،ويقترح في حالة الانسان المصاب بمرض السكر ،هناك مثابرة في انتاج مستويات عالية من الجلوكوز الهدم الداخلي Endogenousبكبد اسماك troutتؤدي الي منافسة بين جلوكوز العليقة )الخارجي (exogenousوجلوكوز الهدم الداخلي endogenousكمصدر للطاقة.

كما أن اسباب غياب تنظيم انزيمات gluconeogenicالكبدي بكربوهيدرات العليقة ليست واضحة حتي الان ولكن قد ترجع الي المستويات العالية من gluconeogenic amino acidsفي العليقة )المادة الاساسية لانتاج الجلوكوز( والاحماض الدهنية في العلائق.

بعد التغذية post prandial gluconeogenesisالانسجة الكبدية العالية مثل الامعاء والكلية قد تكون هامة جدا كما هو واضح في التعبير الجزيئي لانزيم gluconeogenic FBP aseفي هذه

٣٣٥

الانسجة .استخدام المثبطات الفعالة لمسارات glucoeogenicمثل ) metforminhادوية ضد مرض السكر( قد تكون مفيدة لاختبار اذا كان هناك تحسن في كفاءة استخدام كربوهيدرات العليقة

في اسماك rainbow troutفي هذه الحالات.

٣-٢الاتزان الغذائي لامتصاص الفوسفور في امعاء الاسماك :

Nutritional regulation of phosphorus absorption in fish intestine:

مثالية كفاءة استخدام فوسفور العليقة .في اسماك rain bow troutيتراوح امتصاص فوسفور العليقة من مصادر مختلفة حوالي ،%٥٠–٤٠ومعني ذلك ان غالبية الفوسفور المستهلك بتحليل ظروف مائية ،وزيادة الفوسفور نتيجة زيادة امكانيات الاستزراع ،قد تسبب زيادة نضارة وازهار

الطحالب وبالتالي يؤدي الي هدم النظام البيئي.

يجب ان يحتوي الغذاء علي مستويات فوسفور متاحة بدرجة مناسبة لسد احتياجات الاسماك.

والتغذية التطبيقية يجب ان تتخذ اسلوب تقليل الحمل الفوسفوري في البيئة .واضح ان الفهم السليم لميكانيكية الامتصاص الاساسي لفوسفور العليقة سوف يساعد علي تحسين امتصاص الاسماك

لفوسفور العليقة.

قليلا من المعرفة لجينات الاستجابة او الحساسة لفوسفور العليقة في الأسماك dietary phosphorus responsive genes in animalsبالاضافة الي الجينات المعروفة المصاحبة مع تمثيل الفوسفور مثل Type

).II sodium phosphate co-transporter NaPi-II

في حالة اسماك rainbow troutيوجد جينات الاستجابة او الحساسة لفوسفور العليقة مثل

)*- Intestinal meprin IA (a peptidase

*- Cysteine sulphinic acid decarboxylase

وهذه ليست معروفة سابقا انها مصاحبة مع نقص الفوسفور ،هذه الجينات تكون بين الاستجابات الجينية المباشرة المبكرة قادرة علي توقع نقص الفوسفور تقليديا ،الحالة الفوسفورية للأسماك ممكن تقديرها وحسابها علي فوسفور الجسم الكلي ،فوسفور العظام ،مستويات فوسفور الدم ،ولكن حساسية هذه الدلائل تكون غير كافية ،علي النقيض لهذه الدلائل الحيوية الجزيئية Molecular bioindcatorsوالتي قد تخدم لمثالية مستويات فوسفور العليقة في علائق الاستزراع.

-٣نيتريجنيوميكس -التغذية الجينية في اسماك الاستزراع -الوسائل الحديثة في دراسات تغذية

الاسماك:

Nutrigenomics in farmed fish. : New tools for fish nutrition studies.

الوصلة interfaceبين البيئة او الظروف الغذائية والخلية الجزيئية او الجزيئية الخلوية cellular molecularاو عملية التقدير الجيني تشير عامة الي Nutrigenomicsشاملا genomics, transcriptomics, proteomics and metabolomics Genomicsيغطي تطور الأدلة الجزيئية، خريطة الارتباط linkage mapping Quantitative trait loci (Q TL) analysis and

.characterization of geneomic resources

ويمكن استغلاله لفهم الفعاليات والافعال الفسيولوجية.

١-٣مبادرة أبحاث الجنيوم في الأسماك المستزرعة

Genomics Research Initiatives In Farmed Fish:

Teleostsمجموعات متعددة في اكثر من ٢٣٠٠٠نوع ،وتعتبر لحد كبير أكبر مجموعة من الفقاريات ،احد ملامح الصفات لكل رتب الاسماك في واحدة او نقاط اخري في تطورها evolutionانها تتحمل/تخضع لتضاعف الجينوم الكلي وتقدم انظمة فريدة في دراسات جينومية

منافسه وفهم تطور الفقاريات.

بداية ،نموذج نوعية الاسماك الجينومي هي medaka, zebra fishهي نوعين من أسماك المياه العذبة-هناك نماذج/موديلات لابحاث التطور والجينات pufferfish (Fugurubripes and ) .Tetraodonnigroviridisومع ذلك فإن الدراسات الجيونيومية علي انواع اسماك الاستزراع

٣٣٦

تعطي معلومات فرعية تخص الميكانيكية الجينية تحكم الاداء في البيئة المائية وعلاقتها بالتطور الجينومي وايضا المعنوية الاقتصادية في انها ممكن ان تعلم تطبيقات مستديمة للتربية.

منذ اكثر من خمس سنوات ماضية ،بدأت البرامج الجينومية لتعطي نموذجا لانواع الاسماك المستزرعة :الاسماك اكله اللحوم مثل السالمون Salmonids(rainbow trout and Atlantic ) salmonوكذلك striped bass Morone saxatilisوايضا الاسماك اكلة كل شيء القراميط

semicarnivorous tilapia

omnivorous channel cat fishوكذلك البلطي

oreochromis mossambicusلكل هذه الاسماك وانواعها ،معروف لها كميات الاحتياجات الغذائية ،واذا اعتبر rainbow troutمثال لرؤية شاملة لغرض استغلال الوسائل الجينيه في

العديد من مجالات البحوث شاملة تغذية الاسماك.

١-١-٣التوصيف الكلي للجينات و/أو الطول الكامل c DNAsالعزل علي مدي واسع لعلامات

التعبير المتتابع :

Systematic characterization of genes and/or full length cDNAs – large scale

)isolation of expressed sequence tags (EST

تطور المصادر الجيينية )مكتبات (c.DNAهي الخطوة الأولي للدراسات الجينية وقائمة مصادر علامات التعبير المتتابع ESTتتزايد بسرعة ،المهمة الابتدائية تتكون من بناء /بنية مكتبات

cDNAتمثل اقصي تعبير RNAsللأنواع.

برنامج French AGENAE (Analysis of Breeding Animal’s Genome,اصدر ان مكتبات cDNAتم انشاءها وبناءها لاسماك rinbow troutباستخدام انسجة مختلفة )أكثر من عشرة انسجة من اليرقات الي مرحلة البلوغ( هذه مكتبات cDNAبعد معايرتها تستخدم لتحليل ESTsتحليل ) ESTالتتابع( اثبت انه احد الدلائل الكفء للتعرف عن الجين بروفيل وكتالوج التعبير

الجيني.

وأيضا تنتج ادلة للتحليل الجيني ومصادر لتطور cDNA/oligonucleotide microarraysعلي الزجاج او النايلون .ورغم ذلك فإن نصف مصادر ESTالاسماك تمت لاسماك .Zebrafishادلة جينيه لاسماك الاستزراع Atlantic salmon, rainbow trout channel catfishقد تطورت وأصبحت متوفرة ومتاحة في ثلاثة مواقع كبري وهي:

* -معهد ابحاث الجينيوم.

* -المركز القومي لمعلومات البيوتوكنولوجي.

* -المعهد القومي للأبحاث الزراعية.

٢-١-٣التتابع الجيني : Genome Sequencing

ثلاث انواع من الأسماك التي اكتملت تتابعها الجيني اصبحت متاحة وهي Zebrafish, medaka and two marine puffer fish speciesمع جينيوم صغير الحجم غير عادي /تقليدي .معلومات التتابع لانواع اسماك الاستزراع معلومات مفيدة وبيانات التتابع الجيني للأنواع سالفة الذكر تؤكد الجينات في المسارات التمثيلية المحددة في هذه الاسماك مثل عدد paralog2والذي من الممكن ان يكون مفيدا ومساعدا لتحسين فهم التحليل الغذائي في أسماك الاستزراع علي المستوي الجزيئي .ومع ذلك ،هذه النماذج لانواع الاسماك Zebrafish, medaka, fuguيتم تربيتها في اعداد كبيرة رغم عدم توفر المعلومات عن احتياجاتها الغذائية.

المعلومات عن التغذية المثالية لاسماك sparse zebrafishباستثناء بعض الدراسات عن تأثيرات n-6 PUFAفي العليقة ،عنصر بورون العليقة وتأثيره علي معدل النمو لأسماك zebra fishواصل

وتكوين الاجنيه.embryogenesis

٣٣٧

٢-٣الإستنساخ )علي مستوي الخلية( التطبيقات في تغذية الأسماك:

Transcriptomics: Application In Fish Nutrition:

المناقشة في عشر سنوات القادمه للتعرف علي المسارات الجزيئية لتأثير العناصر الغذائية وتقدير تأثير the down stream effectللعناصر الغذائية المعدنية ،ويدخل فيها Nutrigenomicsلانها تسمح للجينات يخصائص وصفات الجينوم علي العموم والتعبيرات التي تتأثر بالعناصر الغذائية.

مع الفهم الكامل للأرتباط الكيماوي الحيوي بين التغذية والجينيوم يمكن ان يشمل كليا تداخلات غذائية معينه علي ميكانيكية تأثير نمو الاسماك وصحتها وحالتها الفسيولوجية وجودة اللحم.

لفهم وشرح النيتروجينومكس ،هناك مثالان :تاثير استهلاك بروتين العليقة علي الاستنساخ الخلوي الكبدي hepatic transcriptome n-3 PUFAالعليقة علي التعبير الجيني في المخ.

المثال الأول :دراسة تأثيرات استهلاك بروتين العليقة علي الاستنساخ الخلوي الكبدي في سياق نقص التغذية البروتينيه فإن الاهمية الأولي لتقدير القائمة الشاملة للجينات التي تتاثر بنقص البروتين .بالمقارنه الي الفئران التي تغذت علي عليقة بها %١٢كازين ،وعند تغذية الفئران علي عليقة خالية من البروتين ٢٨١ ،جين تزيد او تقل للضعف .غالبيتهم يتم التعرف عليها لأول الأمر كمستجيب للحالة الغذائية البروتينيه .أحد الجينات مع تغيرات شديدة كان )Id(inhibitor of DNA binding proteinsموجود في تنظيم الجينات المتضاعفة ،يبدو أن تأثيرات التغذية البروتينيه علي استنساخ /أو طباعة العديد من الجينات خلال تنظيم التعبير

للمنظمات المستنسخة.

المثال الثاني :دراسة تأثيرات n-3 PUFAsالعليقة علي التعبير الجيني في المخ .حيث PUFAs يعرف بمكونات بنائية اساسية للنظام العصبي المركزي central nervo systemوالتوجه النيتروجينومكس مع استخدام high density microarraysلاظهار تغيرات تعبير جين المخ بالاستجابة الي علائق غينه PUFAمختلفة في الفئران تؤدي PUFA enriched dietالي تغيرات معنوية في التعبير لجينات عديدة في النظام العصبي المركزي شاملة معدل التعديلات المستنسخه .هذه النتيجة قد تعطي لفهم التأثير المفيد ب n-3 PUFAsعلي النظام العصبي .اكثر من ذلك PUFAsممكن ان تغير استنساخ الجين خلال طرق مختلفة التي يمكن ان تعمل مباشرة كعوامل استنساخ او تعديل التعبير الجيني خلال عوامل استنساخ معينه ،هذا النوع من التحليل يرتبط مع استخدام Omics اخر مثل دراسات الفعل الجيني قد تساعد مستقبليا لاكتشاف المسارات التنظيمية الجديدة المرتبطة

بالاحماض الدهنية عديدة عدم التشبع . PUFAs

١-٢-٣محددات التعبير الجيني )الاستنساخ الخلوي( في الكبد في الاسماك في ظروف غذائية

مختلفة :

Hepatic Gene Expression Profiles (Transcriptomes) In Fish Under

Different Nutritional Statuses:

هذا التوجه لم يتم استغلاله في الاسماك ،بعض الدراسات الحديثة تناولت اعداد صغيرة نسبيا ) (١٠٠٠من الجينات لتحليل اختلاف تعبيرات الاستنساخ الخلوي المرتبطة بالتاثير المتداول،

ملوثات كيماوية ،تغيرات الح اررة ..الخ.

توفر احتياجات الاسماك من البروتين العالي يعطي الرغبة لتحليل محددات التعبير الجيني في كبد اسماك rainbow troutتحت مستوين من البروتين المستهلك )منخفض ،عالي( مثل في الاسماك الصائمه .وجد في الدراسة المبكرة ان تغذية اسماك rainbow troutبمستوي منخفض من البروتين في ظل استهلاك مساوي للكربوهيدرات ،هناك post prandial glycemiaالتي تصل الي قيم عالية جدا هذه الملاحظة لم تفسر بتحليل بروتينات مرشحة في الكبد وانسجة اخري،

وتحتاج دراسات اعمق باستخدام اساليب متقدمة.

تحليل الاستنساخ الخلوي الكبدي من اسماك تتغذي علي مستويات منخفضة وعاليه من استهلاك البروتين ومقارنتها مع الاسماك الصائمه .استخدام trout cDNA nylon maroarraysمجهزة

٣٣٨

من خصائص وصفات ESTsبالبرنامج الفرنسي French AGENAEالتحليل الاحصائي باستخدام طرق SAM, Statistical Analysis of Microarraysهذه الطرق اوضحت ان جين واحد فقط تم تعبيره زائدا في أسماك تغذت علي مستوي بروتين منخفض مقارنا مع اسماك صائمه واسماك تغذت عليقة تحتوي مستوي قياسي عالي من البروتين .هذا الجين عضو من عائلة مثبطات النمو.

وهذا في عملية تضاعف الخلايا .بتأمل استهلاك مستوي البروتين المنخفض قد يحدث تاثير في كبد الاسماك ويؤدي الي تثبيط النمو/وانقسام الخلايا التي من الممكن ارتباطها مع قيم glycemia

عالية جدا.

٣-٣مداخل omicsاخري تربط بين بيانات الاستنساخ الخلوي للبروتينات والتمثيل الغذائي

وتطبيقاتها في تغذية الاسماك :

Other Omics Approaches Which Can Be Combined With Transcriptomics Data: Proteomics And Metabolomics And Their Application In Fish

Nutrition:

دراسة النموذج التمثيلي) (metabolitesالموجود في الخلية والانسجة او الكائن الحي ) (metabolomicsودراسة المكون الكامل من البروتينات ) (proteomicsالموجودة في الخلية والاسنجة او الكائن الحي .كذلك المتمم المثير الي الاستنساخ الخلوي trascriptomicsفي

ابحاث التغذية.

من المعلومات المتاحة ،لاتوجد دراسات metabolomicsحتي الان في تغذية الاسماك .تمت بعض التحليلات الاولية باستخدام تحليلات .proteomicsفي حالة proteomicsاستخلاص البروتين يتبعه high resolution two–dimensional electrophoresisيقرن بتحليل gel image analysisيسمح

بالتعرف والتعبير لمائة من البروتنينات.

دراسة تاثير الصيام وجوة البروتينات ،الاحلال الكلي من مسحوق السمك ببروتينات نباتيه علي liver proteomesاوضحت ان المسارات تأثرت بالاحلال النباتي في العليقة وتدخل ضمن توليد الطاقة اوليا ،حفظ الحياة للجهد المختزل/المنخفض .تكوين ونقل احماض الصفراء )الم اررة( وهدم وتكسير البروتين الخلوي .هذه محددات التعبير البروتيني )حيث التاثيرات علي وفرة العديد من التاثيرات استجابة للبروتينات غائبة وغير موجودة( وتختلف عن تلك التي تتم ملاحظاتها للأسماك

التي تغذت علي عليقة تحتوي فول صويا.

٤-٣اساليب ما بعد التركيب الجيني في دراسة الفعل الجيني في الاسماك:

Post-Geneomic Tools To Study Gene Function In Fish :

لفهم الدور وثيق الصلة بالمعلومات الجينية لاي كائن حي مطلوب تحليل الفعل الجيني المحدد مثال :في حالة الجينات المختلفة تعبيراتها بين حالتين تغذية .بسبب فعل العديد من هذه الجينات لا يمكن ان يستنتج من تتابعها فقط او محددات تعبيراتها الجينية ،يحتاج تقنيات اخري لدراسة الافعال الجينيه .اختلافات التعبيرات الجينية ،اخماد التعبيرات الجينية suppression of gene expressionأو gene over eypressionهي وسائل وطرق ضرورية لتحليل الفعل الجيني

المختلف تعبيريا.

٤-٣التعبير فوق الجيني باستخدام تقنيات النقل الجيني Gene Over Expression Using Transgenic Technologies:

تم في ١٩٨٥اول نقل جيني للأسماك وبالتالي اجريت ابحاث لعدد من teleosts : Salmonids, cyprinids, catfish, tilapia, etc.وقد تم انتاج Germ-line transgenic fishاساسا بواسطة حقن الجين للبيض المخصب بعد فترة قصيرة من الاخصاب microinjection of gene constructs into the fertilized egg shortly afler fertilizationهذه التقنية سريعة وسهلة ويرجع ذلك الي شفافية البيض وكبر حجمه لمعظم بعض الاسماك ان لم يكن جميعه .وعدم الملاءمة الكبيرة لهذه التقنيه ادت الي قلة كفاءة النقل الجيني .وتقدم انتاج النقل الجيني للأسماك

٣٣٩

له قيمة لدراسة الافعال الجينية لانه يسمح بكشف التركيب الجيني detection of phenotypes والذي يتغير بالفعل الجيني .حتي الان ناد ار ما يستخدم النقل الجيني لدراسة تغذية الاسماك مباشرة باستثناء حالتين تحسين كفاءة استخدام كربوهيدرات العليقة بواسطة فوق تعبير ناقل الجلوكوز،١ هكسوكينز IIفي اسماك rainbow troutواكتساب acquisitionالقدرة لتكوين حمض

الاسكوربيك.

الا أن النتائج بعيدة عن الاقناع ويرجع ذلك الي الأمور التكنولوجية شاملا مستويات عالية من ) mosqicismالفوسيفساء( وغياب تعبير المنتج من النقل الجيني تقنيات اخري مثل التعرف علي مواقع قاطعه مشتركه للروابط البلازمية الحاملة ميجا نيوكليز مع التعبيرات الموجهة لشغرة ميجانيوكليز Co-transfection of plasmids bearing meganuclease recognition .sites with expression vectors encoding meganuclease, يبدو هذا الاتجاه الي تحسين النتائج المتحصل عليها بالنقل الجيني في الأسماك وهذا يرجع الي اكتمال مرحلة الخلية الواحدة .ميجانيوكليز هو قاطع قليل جدا للآندونيوكليز والتي تؤدي للهضم الوحيد لل DNAالمحقون ،يقلل تعبير الموزياك mosaic expressionللنقل الجيني وتحسين

تكرار النقل الجيني في .medaka

٢-٤-٣التعبير الجيني التحتي باستخدام التثبيط النوعي لتعبير الجينات الداخلية :

Gene Down-Expression Using Specific Inhibition Of Endogenous Gene

Expression :

التقنيات البديلة للنقل الجيني يسمي gene knock outممكن استخدامها لتلف او عرقلة هدم الجينات الداخلي disrupt endogenous genesبالرغم ان هناك العديد من دراسات gene knock outفي الانواع البحرية ،هذه التقنيات لم توضع بعد للعمل الجيد في الأسماك ويرجع ذلك الي غياب خصائص الخلايا الجينية الجذرية embryonic stem (ES) like cell linesلهذا gene knock downممكن ان يستخدم وسيلة جديدة لفحص افعال الجينات المعروف تتابعها .الطلب علي تقنيه knock downفي البيولوجي ينمو بشكل متزايد مثل الجينات الناشئه بمعدل متزايد دائما من الدراسات الجينومية وهذه المهمة المركزية هي احد الجينات التي لها

علاقات بادائها.

تكنولوجيا Gene knok-downعن طريق استخدام

Morpholinos Phosphorodimidate Oligonucleotides (Amos):

وقد تبين انها تقنيه مفيدة لفهم فعل الجينات خلال التطور الجيني في ، zebra fishاحد الدراسات تطورت التقنيه الأولية الفعاله gene knock downباستخدام AMDsفي اجنة اسماك ،rainbow trout embryosومع ذلك هذه التقنيه لا يمكن استخدامها لفتره طويله ثابته stable long term gene knock downلانه يتكون من اوليجونيوكلوتيدات معدلة كيمائيا Gene knock downمعدل بتداخل RNA interference (RNAi) RNAيكون ايضا اسلوب قوي في التنظيم التحتي للتعبير الجيني وقد اظهرت دراسة حديثة فائدة small interfering RNAs (si ) RNAsللجين knock downفي اجنة . rainbow trout embroyosكل هذه الدراسات الأولية لابد من تأكيدها .نستنتج من ذلك انه عند الربط مع تقنيات النقل الجيني si RNAs in vivoقد تصبح tissue specific and conditionalتفتح منافسة جديدة لدراسة الفعل الجيني

في اسماك الاستزراع.

الاتجاهات المستقبلية : Future Directions

في وصف اهمية النيتريجينومكس لفهم وتحسين تغذية الاسماك مستقبليا هناك توجه موازي اومختلف لدراسة تعدد الاشكال الجيني genetic polymorphismللأسماك مرتبط بالمعايير الغذائية مثل كمية الغذاء المأكول وتخزين اللبيدات....الخ .مع اتاحة مصادر العائلات ودلائل ) DNAمن مصادر جينومية( .ومن المتوقع نجاح كبير يمكن الوصول اليه في المستقبل القريب

٣٤٠

واختيار الدليل المساعد . marker assisted selectionتشير النيترجينومكس الي retrospective analysisتحليل الاختلافات الجينيه بين الافراد مع الاخذ في الاعتبار لاستجابتهم لعناصر غذائية معينه لا يوجد سبب للأعتقاد ان ذلك مستحيل مع الاسماك وذلك بفتح منظور جديد في اختيار برامج تحسين تغذية الاسماك .نقطة مهمة اخري هي الانظمة البيولوجية systems biologyمن خلال انتاج توجه متكامل لبناء واختبار وتنقية نموذج للمسار الخلوي حيث مكونات مسار استخدام الخمائر للجالاكتوز يتم تحليلها باستخدام DNA micro arrays, .quantitative proteomics, and databases of known physical interactions الانظمة البيئية هي التحليل العالمي global analysisوالقياسي ideallyلجميع العناصر في النظام البيولوجي بالاستجابة الي فرضية تأتي من القلق والتشويش hypothesis – driven ،perturbationsوتقدم لدراسة الكائن البيولجي كنظام اكثر منها دراسة لعناصرها واحد او قلة منها في نفس الوقت فهو توجه في البيولوجيا الجزيئية والخلوية في الماضي .هذه توجهات الانظمة امتدت الي الكائنات الخلوية العديدة multicellular organismsوانظمة بيولوجية اكثر تعقيدا more complex biological systemsوفي المستقبل يمكن استخدام مثل هذا التوجه لدراسة الانظمة الغذائية في الاسماك كاسلوب مفيد لتطوير علائق جديدة.

٣٤١