Activity of metabolic enzymes and muscle-specific gene expression in parr and smolts Atlantic salmon Salmo salar L. of different age groups

Abstract

This study was conducted to characterize the energy metabolism level and the features of muscle growth regulation during the development of Atlantic salmon (Salmo salar) inhabiting the Indera River (Kola Peninsula, Russia). The activities of aerobic and anaerobic enzymes (cytochrome c oxidase and lactate dehydrogenase) and carbohydrate metabolism enzymes (glucose-6-phosphate dehydrogenase, glycerol-3-phosphate dehydrogenase, and aldolase) were measured in muscle and liver tissue. Gene expression levels of myosin heavy chain (MyHC), myostatin (MSTN-1a), and myogenic regulatory factors (MRFs-MyoD1a, MyoD1b, MyoD1c, Myf5, myogenin) were measured in the white muscles of salmon parr of ages 0+, 1+, 2+, and 3+ and smolts of ages 2+ and 3+. Multidirectional changes in the activity of enzymes involved in aerobic and anaerobic energy metabolism with age were shown in the white muscles of the parr. The cytochrome c oxidase activity was higher in muscles of underyearlings (0+) and yearlings (1+) and decreased in 2+ and 3+ age groups. The activity of lactate dehydrogenase, in contrast, increased with age. The patterns of changes in expression levels of MyoD1a, MyoD1b, myogenin, MyHC, and MSTN-1a at different ages of the parr were similar. Particularly, the expression of these genes peaked in the yearling parr (1+) and then decreased in elder groups. The differences were revealed in parameters studied between the parr and smolts. The level of aerobic and anaerobic metabolism enzyme activities was higher in the white muscles of smolts than in parr. The activity of carbohydrate metabolism enzymes was decreased in the smolts' livers. The expression levels of MyHC, MyoD1a, MyoD1b, and myogenin were lower in smolts at age 2+ compared to parr. These findings expand our knowledge of age-related and stage-related features of energy metabolism and muscle development regulation in young Atlantic salmon in their natural habitat. The results might be used for monitoring of the salmon population during restoration and rearing.

Metabolic Enzyme Activivties in Young Salmon of Different Age Groups From the Zolotitsa River (Arkhangelsk Region)

“…в ранее про-веденном исследовании активности фермен-тов энергетического обмена у лососей из реки Индера было показано, что высокий уровень Таблица 1. Размерно-весовые характеристики рыб из реки Золотица [Churova et al, 2017]. в ходе развития молоди рыб с увеличением массы происходит снижение удельной интенсивности потребле-ния кислорода, снижение тканевого дыхания и в целом уровня стандартного обмена [Davies, Moyes, 2007].…”

“…у лососей из реки Инде-ра увеличение анаэробного обмена с возрас-том было последовательным (табл. 2) [Churova et al, 2017]. Как известно, молодь лосося воз-раста 1+ (и старше) переходит к обитанию на пороговых участках с высокой скоростью течения и вынуждена активно противостоять потоку [Шустов, 1983].…”

“…2), что ранее было показано и для пестряток лосося из реки Индера (табл. 2) [Churova et al, 2017]. Полученные результаты указывают на то, что изменение степени использования углеводов в мышцах молоди лосося с возрастом соответ-ствует тенденции изменения уровня анаэроб-ного обмена.…”

“…Фермент 1-гФдг катализирует реакцию обра-зования 1-глицерофосфата, являющегося пред-Таблица 2. активность ферментов Цо, лдг, альдолазы, 1-гФдг (мкмоль/мин/г ткани) в мышцах у лосося разных возрастных групп из рек Золотица и Индера Примечание. Здесь и далее: * -различия между возраст-ными группами в сравнении с предыдущей достовер-ны, p < 0,05; a -различия между биотопами достоверны, p < 0,05; данные по активности исследуемых ферментов у особей из реки Индера по: [Churova et al, 2017]. Note.…”

“…here and hereinafter: * -Significant differences between parr and those of a previous age group, p < 0.05; a -significant differences between biotopes, p < 0.05. Data on the activity of ensymes studied in salmon from river Indera are given after [Churova et al, 2017]. шественником структурных и запасных липидов, и наблюдаемое увеличение активности 1-гФдг может свидетельствовать о более высоком уро-вне синтеза и запасания липидов в мышцах у бо-лее крупных особей [Мещерякова и др., 2016].…”