Влияние монохроматической фотостимуляции после вылупления птенцов на рост и развитие птиц-бройлеров
Бройлеры, выращенные под синими или зелеными флуоресцентными лампами, достигли значительно большего веса, чем птицы, выращенные под красным или белым светом, несмотря на то, что конверсия корма и смертность не изменились. Однако имеются противоречивые доклады о влиянии монохроматического света на рост птиц. Хотя было обнаружено, что зеленый свет стимулирует рост, у зрелой самки японской перепелки наблюдалась более низкая масса тела (МТ) при выращивании под зеленым и синим светом по сравнению с теми особями, которые выращивались под красным или белым светом. Индейки росли лучше под синим светом до 16 недель, но к 24 неделям те, что выращивались под красным и белым светом, весили больше. Розовый свет негативно сказывался на массе цыпленка при вылуплении, а белый свет, наоборот, сказывался позитивно при воздействии на цыплят в возрасте 4 недель. Возможные причины противоречивых результатов, вероятно, объясняются разными источниками света, методами измерения доз светового облучения, видами, породами, полом и возрастом испытуемых птиц.
Чтобы устранить некоторые из этих противоречий, для фотостимуляции бройлеров использовался светоизлучающий диод. Светодиод – это чисто монохроматический источник света. Ранние исследования, проведенные в нашей лаборатории на недавно вылупившихся цыплятах-бройлерах, показали ускорение темпов роста у птиц, фотостимулированных зеленым и синим светом во время инкубации. Это ускорение темпов роста также было связано с увеличением массы грудной мышцы. Зеленый свет за три дня до вылупления увеличивал скорость роста значительно больше, чем белый и красный. Рост также усиливался при использовании синего света, но этот эффект начинал действовать в более старшем возрасте. Эти данные согласуются с результатами Вабека (Wabeck) и Скоглунда (Skoglund) (1974), которые продемонстрировали этот результат у бройлеров, и результатами Фогата и др. (Phogat et al.) (1985), которые обнаружили его у перепелов.
Цыплята, выращенные под зеленым и синим светом, к пятидневному возрасту имели в 2–2,4 раза больше клеток-сателлитов грудной мышцы по сравнению с цыплятами, фотостимулированными белым и красным светом. Поскольку клетки-сателлиты являются членами семейства миобластов, любое повышение их уровня может указывать на стимуляцию роста мышц и возможный механизм, объясняющий повышение веса при фотостимуляции синим светом, связанное с монохроматической фотостимуляцией зеленым и синим светом.
Влияние монохроматической фотостимуляции на этапе инкубации яиц на рост и развитие птиц-бройлеров
В коммерческих инкубаториях яйца бройлеров закладываются в темноте; однако несколько исследований показало, что фотостимуляция ускоряет эмбриональное развитие. В первом исследовании мы изучали влияние монохроматического зеленого света на температуру ядра яйца. Фотостимуляция яиц бройлеров монохроматическим зеленым светом вызывала значительное повышение температуры желтка, меняющееся со временем. Фотостимуляция яиц в режиме прерывистого света (15 мин. вкл., 15 мин. выкл.) устраняла повышение температуры яичного желтка и, как следствие, предотвращала раннее вылупление, связанное с фотостимуляцией в яйце.
Фотостимуляция зеленым светом усиливает эмбриональную МТ, рассчитываемую как процент от веса яйца и веса мускулатуры грудной клетки. Положительный эффект световой стимуляции на рост мышц предшествовал его воздействию на МТ эмбрионов и проявлялся почти во все дни во время инкубации, что указывало на специфический эффект зеленого света на рост мышц.
При вылуплении (день 0) МТ цыплят не сильно отличалась от массы в день 2 в группах, где фотостимуляция производилась при инкубации яиц. Однако в течение первой недели после вылупления МТ цыплят, которые были фотостимулированы зеленым светом в яйце, была значительно выше, чем у тех, которые вылуплялись в темноте. Вес грудной мышцы в процентах от МТ цыплят, вылупившихся под зеленым светом, был значительно выше, чем у цыплят, вылупившихся в темноте как в день вылупления, так и в возрасте шести дней.
Какова клеточная и молекулярная подоплека, лежащая в основе развития скелетных мышц эмбрионов и вылупившихся цыплят после воздействия освещением зеленым светом во время инкубации яиц?
Мы обнаружили доказательства существования механизма роста массы тела и мышц, связанного с фотостимуляцией зеленым светом во время инкубации яиц.
1. Число клеток-сателлитов на грамм мышц было выше в группе, инкубация которой проходила под зеленым светом, по сравнению с группой, инкубация которой проходила в темноте.
2. Стимулирующий эффект освещения зеленым светом во время инкубации яиц на пролиферацию мышечных клеток далее наблюдался с помощью иммуногистохимического окрашивания ядерных антигенов клеточной пролиферации (PCNA) в мышечных отделах.
3. Уровни экспрессии гена Pax7 и миогенина в первые дни после вылупления повышаются при освещении яиц во время инкубации зеленым светом. Наши более ранние выводы о том, что процент грудной мышцы от общей массы тела у цыплят, инкубация которых осуществлялась под светом, значительно выше, чем у цыплят, инкубированных в темноте во все проанализированные дни после вылупления (включая 42-й и 32-й дни), вместе с более высокими уровнями Pax7 (т. е. большим запасом покоящихся/пролиферативных клеток-сателлитов) подразумевают повышенный потенциал гипертрофии мышц вследствие освещенности зеленым светом во время инкубации яиц.
4. Мы продемонстрировали более высокую экспрессию мРНК рецептора гормона роста (GH) в клетках-сателлитах, полученных из цыплят, инкубация которых проходила под зеленым светом.
Фоторецепция и стимуляция роста мышц у бройлеров
Возможно, что монохроматический зеленый свет проникает в яичную скорлупу и оказывает прямое воздействие на мышцы эмбриона. Хотя короткие длины волн более эффективны на дермальном уровне, было обнаружено, что синий свет проникает в брюшную стенку у крыс на глубину 2 мм. Однако мы не смогли обнаружить пролиферативный эффект монохроматического зеленого света на культивируемые миобласты, полученные из стандартных (без подсветки) эмбрионов E17 и 3-дневных цыплят (О. Галеви, Е. Пиестун, И. Розенбойм, неопубликованные данные). Более вероятным объяснением является то, что зеленый свет косвенно влияет на пролиферацию миобластов через эндокринную систему; последняя получает фотосигналы от ретинальных или экстраретинальных фоторецепторов.
Недавно мы изучили экспрессию ретинального и гипоталамического зеленого опсина в связи с фотостимуляцией во время инкубации яйца зеленым, красным и синим светом (неопубликованные данные Розенбойма). Результаты, полученные в ходе этого исследования, показывают, что птенцы, вылупившиеся из яиц, подвергшихся фотостимуляции зеленым светом, имеют более высокие ретинальный и гипоталамический уровни экспрессии мРНК зеленого опсина по сравнению с птенцами из контрольной группы. Птенцы, вылупившиеся из яиц, подвергшихся фотостимуляции синим светом, имеют гораздо более низкие ретинальный и гипоталамический уровни экспрессии мРНК зеленого опсина по сравнению с птенцами из контрольной группы. Птенцы, подвергшиеся фотостимуляции зеленым и синим светом после вылупления, имеют гораздо более высокие ретинальный и гипоталамический уровни экспрессии мРНК зеленого опсина по сравнению с птенцами из контрольной группы.
Мозговые фоторецепторы во время позднего эмбриогенеза обнаружены не были, что указывает на тот факт, что усиление роста и развитие мышц у птиц мясного типа может регулироваться фотостимуляцией сетчатки. Для выявления молекулярного механизма, с помощью которого свет влияет на геном цыпленка, и косвенного способа его влияния на репродуктивные характеристики, требуются тщательные и расширенные исследования.
Влияние монохроматической фотостимуляции на продуктивность
Многие виды птиц являются фотопериодическими и реагируют на длинные фотопериоды активацией репродуктивной оси. Нейроэндокринная реакция на фотостимуляцию выражается в значительном высвобождении ГнРГ-I, за которым следует гипофизарная секреция гонадотропинов, что приводит к восстановлению гонад.
Было высказано предположение, что фоторецепторы участвуют в обнаружении суточных или сезонных изменений фотопериода. Было продемонстрировано, что домашняя птица, подвергаемая периодической фотостимуляции гонад, реагирует на более длинные волны спектра. Чувствительность птицы к длинноволновому излучению (630–780 нм) является результатом глубокого проникновения излучения в ткани (через гипоталамические экстраретинальные фоторецепторы), что стимулирует репродуктивную ось. И наоборот, активация ретинальных фоторецепторов, по-видимому, тормозит репродуктивную функцию. Реакция на видимое излучение, вероятно, активируется зелено-желтыми полосами спектра света (545–575 нм), при которых сетчатка птиц находится на относительном пике чувствительности.
Мы изучаем влияние ретинальной фотостимуляции зеленым светом (14 ч.), поддерживая экстраретинальные фоторецепторы в нефотостимуляторном состоянии с помощью красного света (6 ч.), и влияние экстраретинальной фотостимуляции красным светом (14 ч.), поддерживая экстраретинальные фоторецепторы в нефотостимуляторном состоянии с помощью зеленого света (6 ч.), на функцию репродукции индеек и женских особей бройлеров. Наши результаты показывают, что экстраретинальная фотостимуляция в сочетании с нефотостимуляторными состояниями сетчатки вызвала значительное повышение репродуктивной активности индеек и женских особей бройлеров. Это повышение проявлялось в повышении экспрессии мРНК гена гипоталамуса ГнРГ-I, гипофизарных ЛГ и ФСГ, в снижении экспрессии мРНК гена гипоталамуса VIP и гипофизарного пролактина, в повышении уровня концентрации ЛГ и гонадальных стероидов в плазме и в значительном увеличении производства яиц.
Мы исследовали механизм, стоящий за ослабляющим эффектом ретинальной фотостимуляции зеленым светом, изучив роль серотонина и вазоактивного интестинального пептида. Мы обнаружили, что блокирование серотонинергической оси парахлорфенилаланином (PCPA) улучшило репродуктивную активность в контрольной группе, инкубация которой проводилась при освещении, однако активная иммунизация VIP не улучшила воспроизведение. В совокупности результаты предполагают, что ретинальная фотостимуляция ингибирует репродуктивную ось через серотонин, а не через вазоактивный интестинальный пептид.