Effects of dietary co-supplementation of gamma-aminobutyric acid （GABA） and taurine on growth performance and acute cold stress tolerance in juvenile Pacific white shrimp （Penaeus vannamei） = 치하기 흰다리새우（Penaeus vannamei） 사료 내 gamma-aminobutyric acid와 타우린 복합첨가가 성장도 및 급성 저수온 스트레스 내성에 미치는 효과

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Pacific white shrimp （Penaeus vannamei） is the most widely farmed shrimp species worldwide, but it is known to be susceptible to low temperatures. Gamma-aminobutyric acid （GABA） and taurine have been studied as functional feed additives to alleviate such stress. This study evaluated the effects of dietary co-supplementation of GABA and taurine on growth performance, feed utilization, morphological indices, whole-body proximate composition, and post–cold-exposure plasma metabolites, electrolytes, and hepatopancreatic gene expression in juvenile Pacific white shrimp. Six experimental diets were formulated using a 2×3 factorial design with two levels of GABA （0 and 200 ppm） and three levels of taurine （0, 1.5, and 3%）. A total of 252 juvenile shrimp （initial body weight 8.63 ± 0.03 g） were randomly distributed into 18 tanks （14 shrimp per tank, three replicates per treatment） and reared at 28.0 °C for six weeks. Following the feeding trial, shrimp were exposed to either non stress （control） or acute low temperature stress （15.6 ± 0.3 °C for 4 h）. The cold stress exposure experiment was conducted as a three-way factorial design including dietary treatments （GABA, taurine） and stress. At the end of the six-week feeding period, neither interactions between GABA and taurine nor their main effects significantly affected growth performance, feed utilization, morphological indices, or whole-body proximate composition （p 〉 0.05）. After acute cold exposure, neither three-way （stress × GABA × taurine） nor any two-way interactions significantly affected plasma metabolites （GOT, GPT, TG, TCHO, TP, GLU）, electrolytes （Na⁺, K⁺, Cl⁻）, or hepatopancreatic gene expression （sod, hsp70, lzm, csad, taut） （p 〉 0.05）. However, main effects showed that cold exposure significantly increased plasma GOT, GPT, GLU, Na⁺, and Cl⁻ levels, while TP and K⁺ levels significantly decreased （p 〈 0.05）. Additionally, dietary GABA at 200 ppm increased plasma Cl⁻, and taurine at 1.5% significantly increased plasma Na⁺ and Cl⁻ levels （p 〈 0.05）. Hepatopancreatic gene expression analysis revealed that dietary GABA supplementation （200 ppm） significantly decreased hsp70, csad, and taut expression compared to the non-supplemented group （p 〈 0.05）. No significant three-way interaction （stress × GABA × taurine） was observed. Nonetheless, the reduction in hsp70, csad, and taut expression in the GABA-supplemented group suggests that dietary GABA may regulate stress response genes and taurine synthesis and transport genes in shrimp hepatopancreas. The underlying mechanism is hypothesized to involve the GABA–NF-κB–taurine synthesis/transport pathway, and further gene expression and metabolomic analyses are warranted.

국문 초록 (Abstract)

흰다리새우（Penaeus vannamei）는 전 세계적으로 가장 널리 양식되는 새우 종이지만, 저수온에 취약하다고 알려져 있다. gamma-aminobutyric acid （GABA）와 타우린은 이러한 스트레스 완화를 위한 기능성 사료 첨가제로 연구되어 왔다. 본 연구에서는 치하기 흰다리새우를 대상으로 GABA와 타우린 복합 첨가가 성장지표, 사료이용성, 형태학적 지표, 전하체 일반성분과 저수온 노출 후 혈장 대사체, 전해질 및 간췌장 유전자 발현에 미치는 영향을 평가하였다. 2×3 요인 설계를 이용하여 GABA 2단계（0, 200 ppm）와 타우린 3단계（0, 1.5, 3%）를 조합한 6종의 실험사료를 제조하였다. 초기 체중 8.63 ± 0.03 g의 새우 252마리를 18개 수조（수조당 14마리, 처리구별 3반복）에 무작위 배치하고, 28.0 °C에서 6주간 사육하였다. 사육 종료 후, 새우는 대조구인 비 스트레스구와 실험구인 급성 저수온 스트레스（15.6 ± 0.3 °C, 4시간）구로 나누어 급성 저수온 노출 실험을 진행하였다. 급성 저수온 스트레스 실험은 사료 첨가 요인（GABA, 타우린）과 스트레스 요인을 포함한 삼원 요인 설계로 수행되었다. 6주 사육 종료 후, GABA와 타우린의 상호작용 및 주효과는 성장 지표, 사료 이용성, 형태학적 지표, 전하체 일반성분에 유의적인 차이를 나타내지 않았다（p 〉 0.05）. 급성 저수온 노출 후에도 삼원 상호작용 및 모든 이원 상호작용에서 혈장 대사체（GOT, GPT, TG, TCHO, TP, GLU）와 전해질（Na⁺, K⁺, Cl⁻）수치 및 간췌장 내 유전자 발현（sod, hsp70, lzm, csad, taut）에 유의적인 차이를 나타내지 않았다（p 〉 0.05）. 하지만 주효과 중 저수온 노출 시 혈장 내 GOT, GPT, GLU, Na+, Cl-가 유의적으로 증가하였고, TP, K+는 유의적으로 감소하였다（p 〈 0.05）. 또한 주효과 중 GABA 200ppm 첨가 시 혈장 내 Cl-가 유의적으로 증가하였다（p 〈 0.05）. 주효과 중 타우린 1.5% 첨가 시 혈장 내 Na+, Cl-수치가 유의적으로 증가하였다（p 〈 0.05）. 간췌장 내 유전자 발현 분석 결과에서 주효과 중 GABA 200ppm을 첨가한 그룹에서 무첨가 그룹에 비해 간췌장 내 hsp70, csad, taut 발현이 유의적으로 감소하였다（p 〈 0.05）. 본 연구에서 스트레스 × GABA × 타우린 간의 상호작용 효과는 확인하지 못하였다. 하지만 사료 내 GABA첨가로 간췌장 내 hsp70, csad, taut 발현이 감소한 것을 확인하였다. 이는 사료 내 GABA 첨가가 흰다리새우 간췌장 세포 내 스트레스 대응 유전자와 타우린 합성, 흡수 유전자의 발현을 조절할 가능성을 보여준다. 본 연구자는 그 기전이 GABA-NF-κB-타우린 합성/흡수 경로로 추측하고 있으며 추가적인 유전자 발현분석과 대사체분석이 필요하다고 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Material and methods 6
• 1. Ethics statement 6
• 2. Experiment design and diets 6
• 3. Experimental shrimp and feeding trials 11
• 4. Sample collection and analysis 14
• 4.1. Growth performance 14
• 4.2. Shrimp whole-body proximate composition analysis 15
• 4.3. Acute cold temperature exposure 16
• 4.4. Morphological indices 18
• 4.5. plasma metabolites and electrolytes 19
• 4.6. Relative gene expression in hepatopancreas 20
• 5. Statistical analysis 23
• Ⅲ. Results 24
• 1. Growth trial 24
• 1.1. Growth performance and morphological indices 24
• 1.2. Whole-body proximate composition analysis 26
• 2. Acute cold stress exposure 28
• 2.1. Plasma metabolites and electrolytes analysis 28
• 2.2. Relative gene expression analysis 31
• Ⅳ. Discussion 34
• 1. Growth performance and morphological indices 34
• 2. Shrimp whole-body proximate composition 37
• 3. Plasma metabolite and electrolyte results 39
• 4. Relative gene expression 44
• Ⅴ. Conclusion 53
• Ⅵ. References 54