Published July 7, 2023 | Version v1
Publication Open

Xylanase improves the intestinal barrier function of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) fed with soybean (Glycine max) meal

Creators

  • 1. East China Normal University
  • 2. Institute of Animal Sciences
  • 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences

Description

Soybean (Glycine max) meal is one of the important protein sources for fish, but the non-starch polysaccharides (NSP) in soybean meal impair the intestinal barrier function. Here we aimed to investigate whether xylanase can alleviate the adverse effects on the gut barrier induced by soybean meal in Nile tilapia and to explore the possible mechanism.Nile tilapia (Oreochromis niloticus) (4.09 ± 0.02 g) were fed with two diets including SM (soybean meal) and SMC (soybean meal + 3,000 U/kg xylanase) for 8 weeks. We characterized the effects of xylanase on the gut barrier, and the transcriptome analysis was performed to investigate the underlying mechanism. Dietary xylanase improved intestinal morphology and decreased the concentration of lipopolysaccharide (LPS) in serum. The results of transcriptome and Western blotting showed that dietary xylanase up-regulated the expression level of mucin2 (MUC2) which may be related to the inhibition of protein kinase RNA-like endoplasmic reticulum kinase (perk)/activating transcription factor 4 (atf4) signaling pathways. Microbiome analysis showed that addition of xylanase in soybean meal altered the intestinal microbiota composition and increased the concentration of butyric acid in the gut. Notably, dietary sodium butyrate was supplemented into the soybean meal diet to feed Nile tilapia, and the data verified that sodium butyrate mirrored the beneficial effects of xylanase.Collectively, supplementation of xylanase in soybean meal altered the intestinal microbiota composition and increased the content of butyric acid which can repress the perk/atf4 signaling pathway and increase the expression of muc2 to enhance the gut barrier function of Nile tilapia. The present study reveals the mechanism by which xylanase improves the intestinal barrier, and it also provides a theoretical basis for the application of xylanase in aquaculture.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

وجبة فول الصويا (الجلايسين ماكس) هي واحدة من مصادر البروتين الهامة للأسماك، ولكن السكريات غير النشوية (NSP) في وجبة فول الصويا تضعف وظيفة الحاجز المعوي. هنا كنا نهدف إلى التحقيق فيما إذا كان الزيلاناز يمكن أن يخفف من الآثار الضارة على حاجز الأمعاء الناجم عن وجبة فول الصويا في بلطي النيل واستكشاف الآلية الممكنة. تم تغذية بلطي النيل (Oreochromis niloticus) (4.09 ± 0.02 جم) بنظامين غذائيين بما في ذلك SM (وجبة فول الصويا) و SMC (وجبة فول الصويا + 3000 وحدة/كجم من الزيلانيز) لمدة 8 أسابيع. لقد ميزنا تأثيرات الزيلاناز على حاجز الأمعاء، وتم إجراء تحليل الترانسكريبتوم للتحقيق في الآلية الأساسية. حسّن الزيلاناز الغذائي مورفولوجيا الأمعاء وقلل من تركيز عديد السكاريد الشحمي (LPS) في المصل. أظهرت نتائج النسخ والنشاف الغربي أن الزيلاناز الغذائي رفع مستوى التعبير عن المخاطين 2 (MUC2) الذي قد يكون مرتبطًا بتثبيط مسارات إشارات الشبكة الإندوبلازمية الشبيهة بالبروتين كيناز (PERK )/ عامل النسخ المنشط 4 (atf4). أظهر تحليل الميكروبيوم أن إضافة الزيلاناز في وجبة فول الصويا غيرت تكوين الميكروبات المعوية وزادت من تركيز حمض البوتيريك في الأمعاء. وتجدر الإشارة إلى أنه تم استكمال زبدة الصوديوم الغذائية في نظام وجبة فول الصويا لإطعام البلطي النيلي، وتحققت البيانات من أن زبدة الصوديوم تعكس الآثار المفيدة للزيلاناز. بشكل جماعي، أدى مكمل الزيلاناز في وجبة فول الصويا إلى تغيير تكوين الميكروبات المعوية وزيادة محتوى حمض البوتيريك الذي يمكن أن يكبت مسار إشارات PERK/ATF4 ويزيد من تعبير المخاط 2 لتعزيز وظيفة حاجز الأمعاء لبلطي النيل. تكشف الدراسة الحالية عن الآلية التي يحسن بها الزيلاناز الحاجز المعوي، كما يوفر أساسًا نظريًا لتطبيق الزيلاناز في تربية الأحياء المائية.

Translated Description (French)

Le tourteau de soja (Glycine max) est l'une des sources de protéines importantes pour le poisson, mais les polysaccharides non amylacés (PSN) dans le tourteau de soja altèrent la fonction de barrière intestinale. Ici, nous avons cherché à déterminer si la xylanase peut atténuer les effets indésirables sur la barrière intestinale induits par le tourteau de soja chez le tilapia du Nil et à explorer le mécanisme possible. Le tilapia du Nil (Oreochromis niloticus) (4,09 ± 0,02 g) a été nourri avec deux régimes comprenant SM (tourteau de soja) et SMC (tourteau de soja + 3 000 U/kg de xylanase) pendant 8 semaines. Nous avons caractérisé les effets de la xylanase sur la barrière intestinale, et l'analyse du transcriptome a été réalisée pour étudier le mécanisme sous-jacent. La xylanase alimentaire a amélioré la morphologie intestinale et diminué la concentration de lipopolysaccharide (LPS) dans le sérum. Les résultats du transcriptome et du Western blot ont montré que la xylanase alimentaire régulait à la hausse le niveau d'expression de la mucine2 (MUC2), ce qui peut être lié à l'inhibition des voies de signalisation de la protéine kinase ARN-like endoplasmic reticulum kinase (Perk)/activating transcription factor 4 (atf4). L'analyse du microbiome a montré que l'ajout de xylanase dans le tourteau de soja modifiait la composition du microbiote intestinal et augmentait la concentration d'acide butyrique dans l'intestin. Notamment, le butyrate de sodium alimentaire a été ajouté au régime alimentaire du tourteau de soja pour nourrir le tilapia du Nil, et les données ont confirmé que le butyrate de sodium reflétait les effets bénéfiques de la xylanase. Collectivement, la supplémentation en xylanase dans le tourteau de soja a modifié la composition du microbiote intestinal et augmenté la teneur en acide butyrique qui peut réprimer la voie de signalisation Perk/atf4 et augmenter l'expression de muc2 pour améliorer la fonction de barrière intestinale du tilapia du Nil. La présente étude révèle le mécanisme par lequel la xylanase améliore la barrière intestinale, et elle fournit également une base théorique pour l'application de la xylanase en aquaculture.

Translated Description (Spanish)

La harina de soja (Glycine max) es una de las fuentes de proteínas importantes para el pescado, pero los polisacáridos sin almidón (NSP) en la harina de soja afectan la función de barrera intestinal. Aquí nos propusimos investigar si la xilanasa puede aliviar los efectos adversos sobre la barrera intestinal inducidos por la harina de soja en la tilapia del Nilo y explorar el posible mecanismo. La tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) (4,09 ± 0,02 g) se alimentó con dos dietas que incluían SM (harina de soja) y SMC (harina de soja + 3.000 U/kg de xilanasa) durante 8 semanas. Caracterizamos los efectos de la xilanasa en la barrera intestinal y se realizó el análisis del transcriptoma para investigar el mecanismo subyacente. La xilanasa dietética mejoró la morfología intestinal y disminuyó la concentración de lipopolisacárido (LPS) en suero. Los resultados del transcriptoma y la transferencia Western mostraron que la xilanasa dietética reguló al alza el nivel de expresión de mucina2 (MUC2), lo que puede estar relacionado con la inhibición de las vías de señalización de la proteína quinasa del retículo endoplásmico similar al ARN (Perk)/factor de transcripción activador 4 (atf4). El análisis del microbioma mostró que la adición de xilanasa en la harina de soja alteró la composición de la microbiota intestinal y aumentó la concentración de ácido butírico en el intestino. En particular, el butirato de sodio dietético se complementó en la dieta de harina de soja para alimentar a la tilapia del Nilo, y los datos verificaron que el butirato de sodio reflejaba los efectos beneficiosos de la xilanasa. Colectivamente, la suplementación de xilanasa en la harina de soja alteró la composición de la microbiota intestinal y aumentó el contenido de ácido butírico, que puede reprimir la vía de señalización Perk/atf4 y aumentar la expresión de muc2 para mejorar la función de barrera intestinal de la tilapia del Nilo. El presente estudio revela el mecanismo por el cual la xilanasa mejora la barrera intestinal, y también proporciona una base teórica para la aplicación de la xilanasa en la acuicultura.

Files

s40104-023-00883-8.pdf

Files (3.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:18619e7c3fb55453eab7523f1a20b8c2
3.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يحسن الزيلاناز وظيفة الحاجز المعوي لبلطي النيل (أوريوكروميس نيلوتيكوس) الذي يتم تغذيته بوجبة فول الصويا (جلايسين ماكس)
Translated title (French)
La xylanase améliore la fonction de barrière intestinale du tilapia du Nil (Oreochromis niloticus) nourri avec de la farine de soja (Glycine max)
Translated title (Spanish)
La xilanasa mejora la función de barrera intestinal de la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) alimentada con harina de soja (Glycine max)

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4383315558
DOI
10.1186/s40104-023-00883-8

Is supplement to
https://openalex.org/W4391175590 (Other)
https://openalex.org/W2894886948 (Other)
https://openalex.org/W2770298666 (Other)
https://openalex.org/W2601053396 (Other)
https://openalex.org/W2596476811 (Other)
https://openalex.org/W2189134569 (Other)
https://openalex.org/W2097855679 (Other)
https://openalex.org/W2096047933 (Other)
https://openalex.org/W2051054928 (Other)
https://openalex.org/W1903467096 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1597677014
  • https://openalex.org/W1988684258
  • https://openalex.org/W1992226931
  • https://openalex.org/W2009462826
  • https://openalex.org/W2010107311
  • https://openalex.org/W2011265605
  • https://openalex.org/W2031558979
  • https://openalex.org/W2044511863
  • https://openalex.org/W2063412620
  • https://openalex.org/W2076386438
  • https://openalex.org/W2091402506
  • https://openalex.org/W2099244326
  • https://openalex.org/W2106126847
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2122024003
  • https://openalex.org/W2142164571
  • https://openalex.org/W2152311269
  • https://openalex.org/W2169696990
  • https://openalex.org/W2192080449
  • https://openalex.org/W2289145073
  • https://openalex.org/W2291943713
  • https://openalex.org/W2402118151
  • https://openalex.org/W2506233550
  • https://openalex.org/W2557243461
  • https://openalex.org/W2561529413
  • https://openalex.org/W2586199068
  • https://openalex.org/W2598746471
  • https://openalex.org/W2766169117
  • https://openalex.org/W2772448069
  • https://openalex.org/W2777522544
  • https://openalex.org/W2791904618
  • https://openalex.org/W2886979503
  • https://openalex.org/W2887083292
  • https://openalex.org/W2890995777
  • https://openalex.org/W2892195241
  • https://openalex.org/W2903413813
  • https://openalex.org/W2919464491
  • https://openalex.org/W2928000155
  • https://openalex.org/W2932409207
  • https://openalex.org/W2947620487
  • https://openalex.org/W2954711596
  • https://openalex.org/W2996863583
  • https://openalex.org/W3001821189
  • https://openalex.org/W3008178604
  • https://openalex.org/W3008234193
  • https://openalex.org/W3008489527
  • https://openalex.org/W3008572880
  • https://openalex.org/W3012252404
  • https://openalex.org/W3014062500
  • https://openalex.org/W3022229857
  • https://openalex.org/W3028498400
  • https://openalex.org/W3043969532
  • https://openalex.org/W3053029331
  • https://openalex.org/W3092387490
  • https://openalex.org/W3136949426
  • https://openalex.org/W3158700304
  • https://openalex.org/W3158707183
  • https://openalex.org/W3160685192
  • https://openalex.org/W3184684611
  • https://openalex.org/W3192783915
  • https://openalex.org/W3210443890
  • https://openalex.org/W3213060890
  • https://openalex.org/W4200499202
  • https://openalex.org/W4210550938
  • https://openalex.org/W4286252700
  • https://openalex.org/W4288061023
  • https://openalex.org/W4292440667
  • https://openalex.org/W4308682730
  • https://openalex.org/W4311777539
  • https://openalex.org/W4317393550