Astaxanthin được chuyển đổi sinh học từ carotenoid (beta-caroten, lutein, canthaxanthin, zeaxanthin) thông qua chế độ ăn
Astaxanthin là sắc tố caroten chiếm ưu thế được tìm thấy ở loài giáp xác biển Tigriopus californicus (Baker), khiến những loài động vật này có màu đỏ cam. Giống như tất cả các loài metazoans, T. californicus phải chuyển đổi carotene hoặc hydroxy-carotenoid có trong chế độ ăn tảo của chúng thành astaxanthin. Các loài giáp xác có sắc tố astaxanthin khác đã được chứng minh là sử dụng con đường chuyển đổi sinh học đặc hiệu tiền chất thành astaxanthin. Mục đích của nghiên cứu này là để chứng minh rằng californicus chuyển đổi sinh học các carotenoid trong chế độ ăn uống thành astaxanthin. Trước các thí nghiệm, động vật chân chèo được duy trì chế độ ăn không chứa carotenoid, do đó chúng mất toàn bộ màu sắc carotenoid. Sau đó, Copepod được cho ăn một trong bốn loại carotenoid trong chế độ ăn uống (β-carotene, lutein, zeaxanthin hoặc canthaxathin) là tiền chất của con đường chuyển đổi sinh học astaxanthin cụ thể. Chúng tôi phát hiện ra rằng các loài giáp xác từ mỗi nhóm sắc tố tiền thân sản xuất ra astaxanthin và số lượng được tạo ra phụ thuộc vào loại carotenoid được bổ sung. Chúng tôi cũng mô tả sự phân bố của astaxanthin trong túi trứng đang phát triển và cho thấy màu đỏ của đốm mắt ấu trùng không phải do astaxanthin.
Giới thiệu
Trừ một số trường hợp ngoại lệ, động vật không thể tổng hợp carotenoids de novo từ các tiền chất sinh học cơ bản ( Britton và Goodwin, 1982 ). Để sử dụng carotenoid làm chất tạo màu bên ngoài, các loài động vật đa dạng như hồng hạc và tôm hùm phải hấp thụ carotenoid từ chế độ ăn của chúng ( Cianci et al., 2002 ; Fox và Hopkins, 1966 ). Động vật có màu đỏ có thể tạo ra sắc tố caroten đỏ thông qua hai con đường riêng biệt: chúng có thể ăn sắc tố màu vàng và oxy hóa chúng để tạo ra keto-carotenoid màu đỏ ( Hình 1 ) hoặc chúng có thể ăn trực tiếp sắc tố đỏ. Đối với hầu hết các động vật đa bào, carotenoid màu vàng là thành phần phổ biến hơn nhiều trong chế độ ăn uống và do đó hầu hết các động vật đa bào đều có màu đỏ thông qua việc chuyển đổi các sắc tố màu vàng trong chế độ ăn ( Brush, 1990 ; Goodwin, 1984 ). Mặc dù có lịch sử nghiên cứu lâu dài về sự tiến hóa và phân bố màu sắc caroten trên nhiều loài phân loại khác nhau như chim, cá và động vật giáp xác, nhưng vẫn chưa tồn tại một hệ thống mô hình lý tưởng để nghiên cứu cơ chế di truyền và sinh lý liên quan đến chuyển hóa caroten ở động vật.
Hình 1. Các con đường chuyển đổi sinh học được đề xuất để sản xuất astaxanthin ở động vật được biến đổi từ Rhodes (2007) . Con đường I được một số loài cá sử dụng, bao gồm cả cá vàng, sử dụng lutein làm chất nền. ?? đại diện cho sự chuyển đổi giả định của α thành β-doradexanthin. Con đường II sử dụng β-carotene hoặc zeaxanthin làm chất nền cho astaxanthin. Con đường III bắt đầu với β-carotene và bao gồm canthaxanthin như một chất trung gian của astaxanthin. Loại enzyme chịu trách nhiệm cho mỗi quá trình biến đổi được in nghiêng.
Gần đây, chúng tôi đã bắt đầu nghiên cứu tiềm năng của loài giáp xác biển đỏ Tigriopus californicus (Baker) để phục vụ như một hệ thống mô hình cho nghiên cứu sinh lý học caroten. Trong bốn thập kỷ qua, loài giáp xác Tigriopus đã trở thành sinh vật mẫu cho các nghiên cứu về độc chất sinh thái ( Raisuddin và cộng sự, 2007 ), địa lý học thực vật học ( Edmands, 2001 ), sự thích nghi cục bộ ( Pereira và cộng sự, 2016 ) và tương tác ty thể-hạt nhân ( Ellison và Burton, 2008 ). Kết quả là, có rất nhiều dữ liệu sinh lý và di truyền sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu chi tiết về cơ chế phân tử liên quan đến màu sắc caroten. Tuy nhiên, các khía cạnh cơ bản về sinh lý sắc tố của chúng vẫn chưa được khám phá.
Trong tự nhiên, Tigriopus californicus và các loài khác trong chi Tigriopus thường có màu đỏ cam sáng ( Hình 2 a,c) được tạo ra thông qua sự lắng đọng của keto-carotenoid astaxanthin màu đỏ ( Davenport et al., 2004 ; Goodwin và Srisukh, 1949 ; Weaver và cộng sự, 2016 ). Giống như các động vật có sắc tố caroten khác, động vật giáp xác Tigriopus phải ăn carotenoid trong chế độ ăn để sử dụng chúng làm chất tạo màu. Tuyên bố cơ bản này được hỗ trợ bởi quan sát của Davenport et al. ( Davenport và cộng sự, 1997 ) rằng khi loài giáp xác Tigriopus được nuôi với chế độ ăn thiếu carotenoid, chúng sẽ mất màu đỏ đặc trưng và có màu trắng. Tuy nhiên, cho đến nay, các yêu cầu về chế độ ăn uống và sự chuyển đổi sinh học của carotenoids trong chế độ ăn uống thành astaxanthin của Tigriopus californicus vẫn chưa phải là chủ đề của các nghiên cứu được kiểm soát tốt.
Hình 2.Màu sắc đặc trưng của Tigriopus californicus được cho ăn (A,C) và men dinh dưỡng (B). Đốm mắt ấu trùng màu đỏ hiện diện ở các loài giáp xác được cho ăn cả chế độ ăn giàu carotenoid và thiếu carotenoid cho thấy rằng việc sản xuất sắc tố mắt đó không phụ thuộc vào chế độ ăn uống. (C) Con cái mang túi trứng chuyển từ màu xám đen sang màu đỏ khi phôi phát triển.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã nghiên cứu nguồn sắc tố phân tử ở T. californicus . Trước tiên, chúng tôi so sánh màu sắc cơ thể và xác định hàm lượng caroten của động vật được cho ăn chế độ ăn vi tảo sống và chế độ ăn men không có caroten. Sau đó, chúng tôi đã sử dụng các thí nghiệm cho ăn bổ sung carotenoid từ sản phẩm tiền chất được kiểm soát cẩn thận để nghiên cứu quá trình chuyển đổi sinh học của tiền chất carotenoid trong chế độ ăn uống thành astaxanthin của T. californicus . Cuối cùng, chúng tôi đã kiểm tra xem màu đỏ của đốm mắt ấu trùng ( Hình 2 ) và màu sắc của túi trứng của con cái mang thai ( Hình 2c ) có phải là do sự hiện diện của astaxanthin hay không.
Phương pháp
(a) Nuôi cấy giáp xác
Các loài giáp xác Tigriopus californicus được thu thập từ tự nhiên ở vùng lân cận San Diego, California đã được nuôi trong phòng thí nghiệm của chúng tôi từ năm 2014 trong bể 10L trong nước biển nhân tạo đã lọc (ASW, 32 psu) ở 24C trong 12 giờ sáng: chu kỳ sáng tối 12 giờ và cho ăn vi tảo sống Tetraselmis chuii và Synechococcus spp. Chế độ ăn này chứa carotenoids α- và β-carotene, lutein và zeaxanthin có nguồn gốc từ tảo ( Brown và Jeffrey, 1992 ; Guillard và cộng sự, 1985 ), được đưa ra giả thuyết là chất nền để chuyển đổi sinh học thành astaxanthin ( Hình 1 ). Chúng tôi gọi những loài giáp xác được nuôi trong những điều kiện này là ‘quần thể dự trữ’ của chúng tôi.
(b) Kiểm tra nguồn gốc chế độ ăn uống của màu đỏ ở T. californicus
Để kiểm tra giả thuyết rằng màu đỏ cam đặc trưng của T. californicus phụ thuộc vào sự hiện diện của carotenoids trong chế độ ăn của chúng, vào năm 2015, chúng tôi đã chuyển một mẫu gồm khoảng 1.000 quần thể giáp xác chân chèo sang chế độ ăn không có carotenoid có men dinh dưỡng (Bragg, Santa Barbara, CA). Chế độ ăn men dinh dưỡng có chứa men khô không hoạt động và hỗn hợp vitamin B phức hợp nhưng thiếu carotenoid. Chúng tôi nuôi những con giáp xác này trong các thùng chứa 15L có thành và nắp đục để ngăn chặn sự phát triển của tảo trong điều kiện sục khí nhẹ nhàng; thay nước và trộn các loài giáp xác từ các thùng chứa riêng biệt khoảng ba tháng một lần. Chúng tôi gọi các loài giáp xác được nuôi trong những điều kiện này là ‘copepod được nuôi bằng men’. Chúng tôi đã lấy mẫu 10 con giáp xác trưởng thành từ quần thể ba lần và 10 con giáp xác ăn men trong ba lần, sau đó đánh giá màu sắc bằng mắt và kiểm tra sự hiện diện của carotenoid trong cơ thể chúng như mô tả trong phần (f) bên dưới.
(c) Phân tích định tính carotenoid của đốm mắt đỏ
Để xác định xem màu đỏ của đốm mắt ấu trùng có phải dựa trên carotenoid hay không, chúng tôi đã mổ xẻ phần cephalosome chứa đốm mắt từ 10 con giáp xác trưởng thành được nuôi bằng men. Tất cả 10 đốm mắt đã được mổ xẻ được gộp lại trong một ống và 10 vật thể tương ứng được gộp lại trong một ống riêng biệt sau đó được xử lý và phân tích để tìm carotenoid như mô tả dưới đây.
(d) Sự lắng đọng astaxanthin của mẹ để phát triển phôi
Trong một thí nghiệm riêng biệt, chúng tôi đã tìm cách xác định xem liệu màu đỏ của túi trứng trưởng thành gắn với con cái mang thai trong đàn có phải dựa trên carotenoid hay không. Chúng tôi cẩn thận loại bỏ các túi trứng màu đỏ khỏi ba con cái mang thai bằng cách sử dụng một chiếc kim nhỏ dưới phạm vi mổ xẻ và xử lý từng ổ riêng lẻ để phân tích carotenoid như mô tả dưới đây.
(e) Chuyển đổi sinh học thành astaxanthin từ việc bổ sung carotenoid của động vật giáp xác được nuôi bằng men
Để kiểm tra chắc chắn khả năng chuyển đổi sinh học của carotenoid trong chế độ ăn thành astaxanthin bởi T. californicus, các loài giáp xác được nuôi bằng men đã được bổ sung β-carotene, lutein, zeaxanthin và canthaxanthin. Chúng tôi đã chọn bốn tiền chất carotenoid này cho các thí nghiệm cho ăn vì chúng chiếm nhiều vị trí khác nhau trong con đường giả định được sử dụng bởi động vật giáp xác để sản xuất astaxanthin ( Hình 1 ). Dung dịch gốc β-carotene, lutein, zeaxanthin và canthaxanthin được tạo ra từ các hạt carotenoid tan trong nước (DSM, Basel, Thụy Sĩ) trong ASW và pha loãng đến nồng độ carotenoid hoạt động là 2 μg/mL. Mỗi chất bổ sung carotenoid chỉ chứa carotenoid được liệt kê, ngoại trừ chất bổ sung lutein. Trong tổng hàm lượng carotenoid, 90,6% là lutein nguyên chất, nhưng zeaxanthin chiếm 7,8%. Do đó, chất bổ sung “lutein” chứa 1,984 μg/mL lutein và 0,016 μg/mL zeaxanthin. Đối với mỗi nhóm bổ sung carotenoid, 10 con giáp xác trưởng thành được đặt vào 5 mL dung dịch carotenoid trong mỗi giếng của đĩa sáu giếng (n = 6 cho mỗi nhóm bổ sung) với 0,75 mg men dinh dưỡng làm thức ăn trong 48 giờ, sau đó được xử lý để phân tích carotenoid ( xem bên dưới).
(f) Phân tích caroten
Sau mỗi thí nghiệm, động vật giáp xác được đặt vào ASW tươi để làm sạch chất chứa trong ruột, sau đó rửa sạch bằng nước khử ion, sấy khô và – đối với thí nghiệm chuyển đổi sinh học – cân chính xác đến 0,01 mg. Khối lượng từ một mẫu từ nhóm bổ sung β-carotene không được ghi lại và một mẫu từ nhóm bổ sung zeaxanthin đã bị phá hủy trước khi phân tích carotenoid.
Carotenoids được chiết xuất từ copepod bằng cách siêu âm trong axeton cấp HPLC 500 μL trong ống vi ly tâm 1,7 mL trong 10 giây ở 10W; sau đó chúng tôi đậy nắp các ống bằng khí nitơ và ủ chúng qua đêm ở 4o C trong bóng tối. Các mẫu được ly tâm ở mức 3.000 g trong 5 phút, phần nổi phía trên được loại bỏ sang một ống mới và làm bay hơi đến khô ở 40C trong chân không, sau đó được huyền phù lại trong 50 μL axeton. Carotenoid được tách bằng hệ thống HPLC Shimadzu từ bơm 40 µL lên cột Sonoma C18 (10 µm, 250 x 4,6 mm, ES Technologies) được trang bị hộp mực bảo vệ C18. Chúng tôi sử dụng pha động A) 80:20, metanol: amoni axetat 0,5 M, B) 90:10, axetonitril:H 2 O và C) etyl axetat theo gradient tuyến tính bậc ba như sau: 100% A đến 100% B trên 4 phút, sau đó đến 80% C: 20% B trong 14 phút, trở lại 100% B trong 3 phút và trở lại 100% A trong 5 phút và giữ trong 6 phút ( Wright và cộng sự, 1991 ). Tổng thời gian chạy là 32 phút với tốc độ dòng 1 mL / phút . Độ hấp thụ được đo ở bước sóng 450 nm bằng máy dò UV/VIS. Carotenoid được xác định và định lượng bằng cách so sánh với tiêu chuẩn xác thực (của công ty). Nồng độ Astaxanthin được chuẩn hóa thành trọng lượng khô của giáp xác.
(g) Phân tích thống kê
Chúng tôi đã kiểm tra sự khác biệt về lượng astaxanthin được tạo ra bởi các loài giáp xác từ mỗi nhóm bằng cách sử dụng ANOVA và đánh giá sự so sánh theo cặp giữa các nhóm bằng bài kiểm tra hậu kiểm Tukey HSD.
Hình 3.Hàm lượng Astaxanthin của T. californicus Copepoda sau khi bổ sung tiền chất carotenoid ngược dòng astaxanthin trong 48 giờ. Các phương tiện bình phương nhỏ nhất và các thanh lỗi tiêu chuẩn được hiển thị và các phương tiện khác nhau đáng kể được biểu thị bằng các chữ cái riêng biệt.
Kết quả
Nguồn gốc chế độ ăn uống có màu đỏ của T. californicus
Carotenoid chính được tìm thấy trong quần thể giáp xác chân chèo là astaxanthin tự do (trung bình ± se; 49,38 ng copepod -1 ± 2,19). Một lượng nhỏ astaxanthin mono và di-ester hóa được phát hiện lần lượt chiếm 3,22% và 8,83% tổng hàm lượng carotenoid. Chúng tôi phát hiện ra rằng khi quần thể giáp xác được chuyển sang chế độ ăn không có men không có carotenoid, chúng sẽ mất màu đỏ cam đặc trưng và có vẻ trong suốt ( Hình 2b ). Phân tích sinh hóa cho thấy một lượng nhỏ astaxanthin có thể đo lường được đã được phát hiện trong các loài giáp xác ăn men (trung bình ± se; 0,54 ng copepod -1 ± 0,016).
Phân tích astaxanthin của đốm mắt đỏ
Chúng tôi không phát hiện thấy carotenoid nào trong phần được làm giàu bằng đốm mắt đỏ của loài Tigriopus californicus được nuôi bằng men. Phân tích phần cơ thể tương ứng cho thấy nồng độ astaxanthin tương tự như từ các loài giáp xác được nuôi bằng men trong thí nghiệm trước đó (0,3 ng copepod -1).
Phân tích astaxanthin của túi trứng màu đỏ
Chúng tôi phát hiện ra rằng các túi trứng màu đỏ của quần thể con cái mang thai có chứa astaxanthin (trung bình ± se; 10,53 ng túi trứng -1 ± 3,31).
Chuyển đổi sinh học của carotenoids bổ sung vào chế độ ăn uống
Chúng tôi phát hiện ra rằng T. californicus Copepod từ mỗi nhóm bổ sung carotenoid đã tích lũy astaxanthin sau 48 giờ khi không có chất nào có trong chế độ ăn của chúng ( Hình 3 ). Lượng astaxanthin được chuyển hóa phụ thuộc vào loại carotenoid cụ thể được bổ sung (có nghĩa là astaxanthin tính bằng μg/mg khối lượng khô của giáp xác giáp xác ± se); zeaxanthin (0,99 ± 0,11) > canthaxanthin (0,90 ± 0,12) > β-carotene (0,38 ± 0,06) > lutein (0,21 ± 0,02). Tuy nhiên, lượng astaxanthin được tạo ra không khác biệt đáng kể giữa các nhóm zeaxanthin và canthaxanthin (sự khác biệt, khoảng tin cậy 95%: −0,09 μg/mg, −0,41 đến 0,23, p= 0,91) hoặc giữa các nhóm β-carotene và lutein (sự khác biệt, 95 % CI: −0,17 μg/mg, −0,5 đến 0,14, p= 0,49). So sánh theo cặp sau nghiên cứu cho thấy rằng các loài giáp xác được bổ sung zeaxanthin và canthaxanthin tạo ra nhiều astaxanthin hơn đáng kể so với các loài giáp xác được cho ăn β-carotene hoặc lutein ( p < 0,001 ). Trong mỗi nhóm bổ sung, chỉ phát hiện thấy astaxanthin tự do và carotenoid bổ sung. Có thể một lượng lớn carotenoid trung gian đã có trong các mẫu nhưng không được phát hiện trên hệ thống của chúng tôi.
Cuộc thảo luận
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành các thử nghiệm tiền chất/sản phẩm được kiểm soát cẩn thận để ghi lại quá trình chuyển đổi sinh học của carotenoid trong chế độ ăn thành ketocarotenoid astaxanthin màu đỏ ở loài giáp xác biển T. californicus . Khi chúng được duy trì chế độ ăn men không cung cấp carotenoid, động vật giáp xác trở nên trong suốt và không có chút màu đỏ hoặc vàng. Phân tích sinh hóa xác nhận rằng những động vật này về cơ bản thiếu carotenoid trong mô của chúng. Khi chúng tôi bổ sung β-carotene, lutein, zeaxanthin hoặc canthaxanthin cho các loài giáp xác không chứa carotenoid được nuôi bằng men trong 48 giờ, chúng tôi đã quan sát thấy sản lượng astaxanthin đáng kể ( Hình 3 ). Các thí nghiệm này đã xác nhận rằng T. californicus cần thực phẩm giàu carotenoid để có được màu đỏ cam đặc trưng của chúng và chúng chuyển đổi sinh học tiền chất carotenoid từ chế độ ăn uống của chúng thành astaxanthin.
Lượng astaxanthin được tạo ra phụ thuộc vào loại caroten nào là tiền chất cho quá trình chuyển đổi sinh học ( Hình 3 ). Copepod được cho ăn zeaxanthin và canthaxanthin sản xuất nhiều astaxanthin trong 48 giờ hơn so với các loài giáp xác được cho ăn β-carotene hoặc lutein. Mô hình này gợi ý rằng số lượng phản ứng oxy hóa cần thiết để chuyển đổi tiền chất carotenoid được bổ sung thành astaxanthin có thể làm trung gian tốc độ sản xuất astaxanthin ở loài này. Canthaxanthin và zeaxanthin cần hai phản ứng hydroxyl hóa hoặc hai phản ứng ketolation tương ứng để tạo thành astaxanthin; trong khi đó, β-carotene cần 4-7 phản ứng, và lutein cần 3 phản ứng và chuyển đổi từ α-doradexanthin thành β-doradexanthin ( Hình 1 ). Điều thú vị là, tác dụng tương tự của việc bổ sung zeaxanthin so với lutein đã được quan sát thấy trong một nghiên cứu về Chim sẻ vàng Mỹ, chúng biến đổi carotenoid trong chế độ ăn thành Canary Xanthophyll A và B, và Northern Cardinals chuyển hóa sắc tố trong chế độ ăn thành astaxanthin. Cả chim kim oanh và chim hồng y đều tạo ra nhiều sắc tố oxy hóa hơn và cấu trúc da nhiều màu sắc hơn khi chúng được cho ăn zeaxanthin so với khi chúng được cho ăn lutein ( Mcraw et al., 2014 ).
Trong tự nhiên, giáp xác ăn tảo vi mô và vĩ mô ăn vào một lượng tương đối lớn β-carotene, zeaxanthin và lutein ( Brown và Jeffrey, 1992 ; Buffan-dubau và cộng sự, 1996 ; Sigaud-Kutner và cộng sự, 2005 ; Takaichi, 2011 ; Wang và cộng sự, 2015 ). Sự chuyển đổi sinh học của carotenoid trong chế độ ăn uống thành astaxanthin đã được ghi nhận ở các loài giáp xác khác ( Caramujo và cộng sự, 2012 ; Rhodes, 2007 ), động vật giáp xác ( Hsu và cộng sự, 1970 ; Tanaka và cộng sự, 1976 ) và cá ( Hsu et al. , 1972 ) và các tác giả này đã kết luận rằng con đường này bắt đầu bằng β-carotene. Tuy nhiên, ngoài việc được sử dụng làm sắc tố, β-carotene còn là tiền chất chính để tổng hợp vitamin A ở động vật ( Parker, 1996 ), có thể gây ra sự cân bằng phân bổ giữa sản xuất vitamin A và màu sắc ( Hill và Johnson, 2012 ) . Ngoài ra, kết quả của chúng tôi cho thấy rằng T. californicus có thể sử dụng nhiều carotenoid làm chất nền để chuyển đổi sinh học thành astaxanthin tùy thuộc vào loại carotenoid nào có sẵn trong chế độ ăn của chúng và/hoặc nhu cầu vitamin A của cơ thể. Zeaxanthin không có khả năng cung cấp vitamin A và chúng tôi phát hiện ra rằng giáp xác chân chèo được cho ăn tiền chất này tạo ra nhiều astaxanthin hơn đáng kể so với các loài giáp xác được bổ sung β-carotene. Mặc dù chúng tôi không phát hiện bất kỳ chất trung gian nào dọc theo con đường chuyển đổi sinh học được đề xuất, nhưng kết quả của chúng tôi chứng minh rằng T. californicus sử dụng zeaxanthin làm chất nền để sản xuất astaxanthin. Có thể zeaxanthin là sự khởi đầu của con đường chuyển đổi sinh học hiệu quả hơn để sản xuất astaxanthin ở T. californicus. Các thí nghiệm trong tương lai phân tích số lượng lớn giáp xác trong khoảng thời gian lấy mẫu ngắn hơn có thể xác định các carotenoid trung gian và giúp giải quyết (các) con đường chuyển đổi sinh học astaxanthin nào được T. californicus sử dụng.
Nghiên cứu này vẫn chưa rõ liệu T. californicus có sử dụng lutein làm chất nền để sản xuất astaxanthin hay không vì chất bổ sung lutein cũng chứa một lượng nhỏ zeaxanthin. Lutein cũng phổ biến trong thực vật phù du biển và một số động vật biển được cho là ưu tiên sử dụng lutein làm chất nền để chuyển đổi sinh học thành astaxanthin và các ketocarotenoid khác. Hsu ( Hsu và cộng sự, 1972 ) và Katayama ( Katayama và cộng sự, 1973 ) đã chỉ ra rằng cá vàng ( Carassius auratus ) có khả năng sử dụng lutein làm tiền thân của astaxanthin. Tuy nhiên, con đường chuyển đổi sinh học này đòi hỏi quá trình đồng phân hóa của α-doradexanthin thành β-doradexanthin, một quá trình biến đổi khác cho thấy khó xảy ra ở nấm, thực vật và các động vật biển khác ( Matsuno và cộng sự, 1999 ; Ohkubo và cộng sự, 1999 ). .
Màu đỏ của đốm mắt không phụ thuộc vào chế độ ăn uống; Các loài giáp xác Tigriopus được nuôi bằng tảo hoặc nấm men đều có mắt đỏ ( Hình 2 ). Chúng tôi phát hiện ra rằng màu đốm mắt đỏ tươi của T. californicus không phải từ astaxanthin hoặc bất kỳ caroten nào khác mà chúng tôi có thể phát hiện và hàm lượng dấu vết astaxanthin của các loài giáp xác được nuôi bằng men không nằm trong mắt. Những kết quả này làm rõ rằng màu mắt đỏ không phải do astaxanthin mà có thể là do sắc tố thị giác rhodopsin có thể sử dụng 3-hydroxyretinal làm nhiễm sắc thể (Vogt, 1983, 1984; Cronin, 1986 ).
Chúng tôi phát hiện ra rằng con cái gửi astaxanthin để phát triển phôi, hỗ trợ các báo cáo trước đây về việc ketocarotenoid này xuất hiện trong túi trứng của các loài Tigriopus khác ( Goodwin và Srisukh, 1949 ). Người ta đã đề xuất rằng việc lắng đọng astaxanthin vào trứng đang phát triển sẽ mang lại sự bảo vệ khỏi ánh sáng của phôi khỏi bức xạ tia cực tím mặt trời ( Dethier, 1980 ). Thắng và cộng sự. (2014) đã chỉ ra rằng việc tiếp xúc với tia cực tím trong thử nghiệm làm giảm khả năng nở thành công của ấu trùng Paracyclopina nana , mặc dù vai trò cụ thể của carotenoids có thể đảm bảo sự sống sót sau khi tiếp xúc với tia cực tím vẫn chưa rõ ràng.
Các nghiên cứu về cấu trúc di truyền và cơ chế sinh lý liên quan đến chuyển hóa carotenoid ở động vật chỉ mới bắt đầu gần đây. Gen chịu trách nhiệm về quá trình ketolation của carotenoid màu vàng trong chế độ ăn ở chim – được gọi là gen đỏ – được phát hiện độc lập bởi Lopes et al (2016) và Mundy et al (2016) . Gen này mã hóa enzyme cytochrome P450 oxyoreductase, CYP2J, có các mô típ trình tự ngụ ý sự định vị dưới tế bào với ty thể. Gen đỏ ở chim có khả năng cao được bảo tồn ở tất cả các loài động vật tạo ra carotenoid đỏ từ carotenoid vàng ( Lopes et al., 2016 ). Việc xác định các cơ chế sinh lý và vị trí tế bào liên quan đến quá trình hydroxyl hóa và ketolation của carotenoid ở giáp xác đang chờ nghiên cứu trong tương lai.
View ORCID ProfileRyan J. Weaver, Paul A. Cobine, Geoffrey E. Hill