Digestive organs – #Anatomy SC Mahidol #Anatomy MUSC ภาควิชากายวิภาคศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล Department of Anatomy, Faculty of Science, Mahidol University.

Morphological and histochemical characteristics of the foregut, midgut, and hindgut, and their alterations during ovarian development in female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii

Anatomy SC Mahidol — Fri, 18 Apr 2025 09:22:36 +0000

การศึกษาลักษณะและการเปลี่ยนแปลงทางกายวิภาค สัณฐานวิทยา และเนื้อเยื่อวิทยาของระบบทางเดินอาหาร ในช่วงการพัฒนาของรังไข่ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย

Highlight:

ในการศึกษาครั้งนี้ คณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาลักษณะและการเปลี่ยนแปลงทางกายวิภาค สัณฐานวิทยา และเนื้อเยื่อวิทยา ของระบบทางเดินอาหารส่วน foregut (FG), midgut (MG), and hindgut (HG) ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย Macrobrachium rosenbergii ในช่วงการพัฒนาของรังไข่ ในส่วนของ FG ประกอบไปด้วย หลอดอาหาร (esophagus, ESO), cardia (CD), `และ pylorus (PY) ซึ่งมีลักษณะ epithelium (Ep) บุด้วยชั้น cuticle (Cu) ซึ่งหนา และมีต่อม (ESO glands) อยู่บริเวณนี้ ส่วน CD มีกล้ามเนื้อที่หนา และบริเวณ PY นั้นมีชั้นกล้ามเนื้อ inner longitudinal (LM) และ the outer circular (CM) รวมทั้งพบ villi จำนวนมาก ในส่วนของ MG จะไม่พบ cuticle แต่จะพบ microvilli และ subapical vacuoles บริเวณ apical surface ของเซลล์บุผิว ส่วนชั้นนอกสุด ของ MG จะพบ a dense strip ของ elastic fibers และกลุ่มของ collagen fibers รวมตัวกันอยู่ ในส่วนของ HG ประกอบด้วยชั้น cuticle บางกว่า FG และจะพบ HG glands คล้าย rosette-like structure ใน HG นั้น ประกอบด้วย CM และ the LM fibers นอกจากนี้ reactivity เมื่อทำการย้อมสีด้วย Periodic Acid Schiff/Alcian และการแสดงออกของ mucin พบว่า มีการเปลี่ยนแปลงไปตามระยะการพัฒนาของรังไข่ ซึ่งจากผลการวิจัยนี้ ได้ให้องค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญอย่างมากในส่วนของลักษณะทางกายวิภาคและเนื้อเยื่อวิทยา ของระบบทางเดินอาหารในช่วงการพัฒนาของรังไข่ ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย M. rosenbergii ซึ่งสามารถนำองค์ความรู้ที่ได้นี้ไปประยุกต์ใช้ ในการพัฒนาการกินอาหารและการพัฒนาของรังไข่ในการเพาะเลี้ยงกุ้งก้ามกรามเพศเมีย ได้ในอนาคต

ที่มาและความสำคัญ

Basic understanding of the anatomy and physiology of the digestive system in decapod crustaceans is essential for comprehending the nutrition uptake and processing of this prawn M. rosenbergii species, and other decapod species. This will help to further develop aquaculture for this prawn species. However, the detailed morphological, histological, and histochemical characteristics of the FG, MG, and HG of the female prawn, M. rosenbergii during the ovarian cycle have not yet been investigated. Thus, we question whether there are morphological and histochemical changes in digestive organs that may be related to the ovarian maturation cycle in this female M. rosenbergii. These changes may reflect the functional connection between feeding and nutritional processing by the digestive tract which may serve ovarian maturation in this crustacean species.

Abstract

The anatomical, histological, and histochemical characteristics of the foregut (FG), midgut (MG), and hindgut (HG), as well as their alterations during the ovarian cycle in female prawns, Macrobrachium rosenbergii, were investigated. The esophagus (ESO), cardia (CD), and pylorus (PY) are the main components of the FG. An epithelium (Ep) with thick cuticle (Cu) layers lining the ESO, and the ESO is encircled by the ESO glands. The CD has a thick musculature, whereas the Ep of the PY are characterized by numerous villi and columnar Ep cells with a thinner layer of Cu. The inner longitudinal (LM) and the outer circular (CM) muscles were both present in the PY. The MG is lined by Ep cells which are connected to the basement membrane, and it lacks Cu. Microvilli, and subapical vacuoles are visible on the apical surface of Ep cells of the MG. The outermost layer is characterized by a dense strip of elastic fibers and a cluster of collagen fibers. The HG has the Ep cells with a thin Cu layer, and the HG glands form a rosette-like structure. The HG is surrounded by the CM and the LM fibers. The reactivities of Periodic Acid Schiff and Alcian Blue in these digestive organs altered throughout the ovarian cycle, and this was supported by the increased expression of mucin levels as ovarian maturation progressed. Our results offer novel and significant insights into the anatomical and histochemical structures of these digestive organs, and demonstrate a significant correlation between ovarian development and feeding in the female prawn, M. rosenbergii.

Keywords: Macrobrachium rosenbergii, Digestive organs, Histochemical structures, Ovarian development, Giant freshwater prawn, Ovarian cycle

Citation: Vetkama W, Tinikul R, Sobhon P, Tinikul Y. (2025) Morphological and histochemical characteristics of the foregut, midgut, and hindgut, and their alterations during ovarian development in female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii. Cell and Tissue Research. 399(3):351-375. https://doi.org/10.1007/s00441-024-03948-w.

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นางสาววรินทิพย์ เวชกามา
แหล่งทุนวิจัย:
1) National Research Council of Thailand (NRCT-the Royal Golden Jubilee Ph.D. scholarship).
2) National Research Council of Thailand (NRCT) and Mahidol University (Mid-Career Research Grant)
3) Fundamental Fund: fiscal year 2024 by National Science Research and Innovation Fund (NSRF))
4) NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation
Credit ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล และ นางสาววรินทิพย์ เวชกามา

Differential expression of neuropeptide F in the digestive organs of female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, during the ovarian cycle

Anatomy SC Mahidol — Tue, 09 Jul 2024 07:20:01 +0000

การศึกษาการแสดงออกของ neuropeptide F ในระบบทางเดินอาหารของกุ้งก้ามกรามเพศเมียในช่วงการพัฒนาของรังไข่

Highlight:

ในการศึกษาครั้งนี้ เราได้ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของระดับการแสดงออกและการกระจายของ M. rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) ในอวัยวะทางเดินอาหารในช่วงการพัฒนาของรังไข่ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย M. rosenbergii คณะผู้วิจัยได้ทำการตรวจสอบพบว่า MrNPF มีการแสดงออกอย่างจำเพาะเจาะจงในแต่ละส่วนของทางเดินอาหาร และระดับของMrNPF มีการเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงการพัฒนาของรังไข่ จากนั้นคณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาต่อไปถึงความเป็นไปได้ของ mode of action ของ MrNPF ในการควบคุมกิจกรรมของเซลล์ในระบบทางเดินอาหารและอาจจะเป็นไปได้ถึงการควบคุมการกินอาหาร จากการค้นพบครั้งนี้ ทำให้เราได้รับองค์ความรู้ใหม่ที่สำคัญเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของ MrNPF กับการกินอาหารในช่วงการพัฒนารังไข่ในกุ้ง M. rosenbergii ตัวเมีย และยังทำให้เราเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับกลไกการควบคุมของ MrNPF ต่อการกิจกรรมของเซลล์ในระบบทางเดินอาหาร ซึ่งองค์ความรู้ใหม่ที่ได้รับนี้อาจจะนำไปประยุกต์ใช้ต่อยอดในการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับบทบาทและการออกฤทธิ์ของ NPF ในการควบคุมการกินอาหารและกระบวนการทางสรีรวิทยาอื่นๆ ของระบบทางเดินอาหารต่อไปได้

ที่มาและความสำคัญ

Neuropeptide F (NPF) is a key hormone that controls feeding in invertebrates, including decapod crustaceans. In female M. rosenbergii, there may be a correlation between feeding and nutritional status with ovarian development, thus, the expression levels of M. rosenbergii NPF (MrNPF) and its anatomical distribution in various digestive organs during the ovarian cycle in female M. rosenbergii were examined. In the present study, we investigated changes in the levels, differential expression, and distribution of MrNPF in the digestive organs of mature M. rosenbergii females during the ovarian cycle. We further examined whether NPF is expressed in neurons that may reside in the digestive tract by colocalizing MrNPF with the two neuronal markers, including protein gene product 9.5 (PGP 9.5/UCHL-1) and choline acetyltransferase (ChAT), which is important to understand the possible mode of action of NPF to control digestive cell activities. The findings of this study shed important light on the differential expression of MrNPF in the digestive organs and its correlation with feeding and ovarian development in M. rosenbergii females. The knowledge acquired provides the impetus for further research into the possible role of NPF in the regulation of the feeding and other physiological processes of the digestive tract of this commercially important crustacean species.

Abstract

Neuropeptide F is a key hormone that controls feeding in invertebrates, including decapod crustaceans. We investigated the differential expression of Macrobrachium rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) in the digestive organs of female prawns, M. rosenbergii, during the ovarian cycle. By using RT-qPCR, the expression of MrNPF mRNA in the esophagus (ESO), cardia (CD), and pylorus (PY) of the foregut (FG) gradually increased from stage II and peaked at stage III. In the midgut (MG), hindgut (HG), and hepatopancreas (HP), MrNPF mRNA increased from stage I, reaching a maximal level at stage II, and declined by about half at stages III and IV (P < 0.05). In the ESO, CD, and PY, strong MrNPF-immunoreactivities were seen in the epithelium, muscle, and lamina propria. Intense MrNPF-ir was found in the MG cells and the muscular layer. In the HG, MrNPF-ir was detected in the epithelium of the villi and gland regions, while MrNPF-ir was also more intense in the F-, R-, and B-cells in the HP. However, we found little colocalization between the MrNPF and PGP9.5/ChAT in digestive tissues, implying that most of the positive cells might not be neurons but could be digestive tract-associated endocrine cells that produce and secrete MrNPF to control digestive organ functions in feeding and utilizing feed. Taken together, our first findings indicated that MrNPF was differentially expressed in digestive organs in correlation with the ovarian cycle, suggesting an important link between MrNPF, the physiology of various digestive organs in feeding, and possibly ovarian maturation in female M. rosenbergii.

Keywords: Macrobrachium rosenbergii, Female prawn, Neuropeptide F, Digestive organs, Ovarian cycle

Citation: Vetkama W, Tinikul R, Sobhon P, Tinikul Y. (2024) Differential expression of neuropeptide F in the digestive organs of female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, during the ovarian cycle. Cell and Tissue Research. 397:13–36. https://doi.org/10.1007/s00441-024-03893-8

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นางสาววรินทิพย์ เวชกามา
แหล่งทุนวิจัย:
1) National Research Council of Thailand (NRCT-the Royal Golden Jubilee Ph.D. scholarship).
2) National Research Council of Thailand (NRCT) and Mahidol University (Mid-Career Research Grant).
3) NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation.
Credit ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล และ นางสาววรินทิพย์ เวชกามา