Revolusi Pakan Ikan: Spirulina Ungkap Rahasia Genetik Pertumbuhan Zebrafish

 

Penggantian Tepung Ikan dengan Spirulina (Arthrospira platensis): Modulasi Nutrigenomik terhadap Pertumbuhan, Kinerja Reproduksi, dan Metabolisme pada Ikan Zebrafish

 

RINGKASAN

 

Peningkatan penggunaan tepung ikan dalam pakan ikan budidaya telah menimbulkan kekhawatiran dari sisi lingkungan dan ekonomi, karena praktik tersebut tidak berkelanjutan dalam jangka panjang. Oleh karena itu, diperlukan pencarian bahan pakan alternatif yang efisien sekaligus berkelanjutan.

Dalam penelitian ini, kami mengevaluasi apakah Spirulina, suatu mikroalga yang kaya protein, dapat menggantikan tepung ikan dalam pakan ikan zebrafish, yaitu spesies yang sering digunakan dalam penelitian ilmiah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggantian tepung ikan secara penuh dengan Spirulina meningkatkan pertumbuhan dan kapasitas reproduksi ikan, sehingga menghasilkan individu yang lebih besar dengan produksi telur yang lebih tinggi.

Selain itu, kami menemukan bahwa substitusi tersebut meningkatkan ekspresi gen yang berkaitan dengan pertumbuhan otot dan metabolisme energi. Hasil ini menunjukkan bahwa Spirulina dapat digunakan secara efektif dalam nutrisi ikan budidaya, sekaligus memberikan manfaat bagi lingkungan melalui pengurangan penggunaan sumber daya alam yang terbatas serta meningkatkan kinerja produksi ikan.

 

ABSTRAK

 

Mikroalga yang kaya protein semakin diakui sebagai alternatif yang layak untuk menggantikan tepung ikan (FM) dalam pakan akuakultur. Dalam penelitian ini, kami mengevaluasi pengaruh penggantian sebagian maupun seluruh tepung ikan dengan mikroalga Arthrospira platensis (Spirulina, SM) terhadap performa pertumbuhan, parameter reproduksi, serta profil transkriptomik pada ikan zebrafish.

Sebanyak enam pakan percobaan yang bersifat isoproteik dan isoenergetik diformulasikan dengan tingkat penambahan SM yang meningkat (0, 10, 20, 30, 40, dan 50 g kg⁻¹ pakan) sebagai pengganti tepung ikan. Ikan dibagi secara acak ke dalam enam kelompok perlakuan (masing-masing lima ulangan) dan diberi pakan selama 60 hari.

Pakan dengan kandungan 50 g kg⁻¹ SM menghasilkan bobot akhir, pertambahan bobot, laju pertumbuhan spesifik, dan efisiensi protein tertinggi, serta meningkatkan indeks gonadosomatik, jumlah telur per betina, tingkat fertilisasi, dan tingkat penetasan dibandingkan dengan kelompok kontrol (0 g kg⁻¹ SM).

Analisis transkriptomik RNA-Seq mengidentifikasi 2299 gen yang terekspresi secara diferensial pada kelompok SM50, yang sebagian besar berasosiasi dengan perkembangan otot dan metabolisme energi. Temuan ini memberikan wawasan baru mengenai mekanisme molekuler yang terlibat serta menegaskan potensi Spirulina sebagai bahan pakan alternatif yang berkelanjutan untuk nutrisi ikan budidaya.

Kata kunci: mikroalga; nutrisi akuakultur; RNA-Seq; transkriptomik

 

1. PENDAHULUAN

 

Tepung ikan (FM) secara luas digunakan sebagai sumber protein dalam pakan akuakultur karena memiliki profil nutrisi yang sangat baik, yang mencakup asam amino esensial, asam lemak, dan mineral, serta kandungan faktor antinutrisi yang relatif rendah. Namun demikian, meskipun produksi globalnya relatif stabil, pasokan tepung ikan masih belum sepenuhnya mampu memenuhi permintaan industri akuakultur yang terus meningkat. Kondisi ini mendorong pencarian sumber protein alternatif dalam formulasi pakan.

Meningkatnya tekanan terhadap sumber daya laut, bersama dengan fluktuasi harga tepung ikan serta ketidakpastian dalam rantai pasokan, semakin memperkuat urgensi untuk mengidentifikasi sumber protein alternatif yang berkelanjutan dan layak secara ekonomi. Oleh karena itu, diperlukan sumber protein baru sebagai pengganti tepung ikan guna menjamin keberlanjutan perkembangan akuakultur.

Dalam konteks ini, mikroalga dianggap sebagai alternatif yang menjanjikan untuk menggantikan tepung ikan karena memiliki kandungan protein yang tinggi serta profil asam amino yang seimbang. Selain itu, mikroalga memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan sumber protein konvensional, antara lain laju pertumbuhan yang cepat, kebutuhan lahan yang minimal, serta kemampuan untuk dibudidayakan dalam berbagai kondisi lingkungan tanpa bersaing dengan tanaman pangan lainnya. Mikroalga juga dapat diproduksi sepanjang tahun dalam kondisi terkontrol, sehingga menyediakan rantai pasokan yang lebih stabil dan berkelanjutan.

Salah satu mikroalga yang paling menjanjikan adalah Arthrospira platensis (Spirulina), yang termasuk dalam famili Oscillatoriaceae dan banyak ditemukan di lingkungan perairan tawar maupun laut. Spirulina memiliki kandungan protein yang tinggi (55–70%), profil asam amino yang memadai, asam lemak esensial, serta menunjukkan sifat antioksidan dan imunomodulator yang kuat.

Sifat-sifat tersebut memungkinkan Spirulina mengatur sitokin inflamasi seperti IL-1β, IL-6, IL-10, dan TNF-α, sekaligus memodulasi sistem pertahanan antioksidan. Selain manfaat nutrisinya, Spirulina juga mengandung senyawa bioaktif unik seperti fikosianin, klorofil, dan karotenoid, yang dapat memberikan manfaat tambahan bagi kesehatan.

Beberapa penelitian telah menunjukkan efek positif dari penambahan Spirulina secara parsial terhadap pertumbuhan dan kesehatan spesies akuakultur seperti ikan nila (Oreochromis niloticus), ikan mas (Cyprinus carpio), dan trout pelangi (Oncorhynchus mykiss). Namun demikian, sebagian besar penelitian tersebut terutama berfokus pada respons pertumbuhan, dan hasilnya bervariasi tergantung pada spesies serta formulasi pakan yang digunakan.

Parameter reproduksi, khususnya pada tingkat inklusi Spirulina yang tinggi atau pada kondisi penggantian tepung ikan secara penuh, masih relatif jarang diteliti.

Meskipun efek menguntungkan Spirulina terhadap respons imun dan performa pertumbuhan telah banyak dilaporkan, mekanisme molekuler yang mendasari respons ikan terhadap penggantian tepung ikan dengan Spirulina masih belum sepenuhnya dipahami. Pemahaman mengenai mekanisme ini sangat penting untuk mengoptimalkan formulasi pakan serta memprediksi potensi dampak jangka panjang dari penggantian tepung ikan secara penuh.

Perkembangan teknologi RNA-Seq menyediakan alat yang sangat kuat untuk menyelidiki bagaimana komponen nutrisi tertentu memengaruhi ekspresi gen dan jalur metabolisme pada ikan. Pengetahuan ini dapat mendukung pengembangan formulasi pakan akuakultur yang lebih efisien dan berkelanjutan.

Selain itu, percobaan nutrisi yang menggunakan spesies akuakultur tradisional sering kali memerlukan biaya yang tinggi serta durasi penelitian yang panjang. Keterbatasan tersebut membatasi kemampuan untuk mengevaluasi secara simultan parameter pertumbuhan dan reproduksi dalam kondisi yang terkontrol.

Salah satu strategi untuk mengatasi tantangan tersebut adalah penggunaan zebrafish (Danio rerio) sebagai model eksperimental, yang memungkinkan penelitian akuakultur dilakukan dengan lebih cepat dan lebih hemat biaya. Zebrafish memiliki sejumlah keunggulan, antara lain waktu generasi yang singkat, karakteristik genetik yang telah dipelajari dengan baik, protokol reproduksi yang telah mapan, serta kesesuaiannya untuk analisis molekuler berkapasitas tinggi (high-throughput).

Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh penggantian tepung ikan dengan Spirulina terhadap kinerja pertumbuhan, kapasitas reproduksi, serta ekspresi gen diferensial pada zebrafish.

Kami mengajukan hipotesis bahwa substitusi Spirulina dapat memodulasi pertumbuhan dan reproduksi melalui jalur molekuler spesifik yang berkaitan dengan metabolisme nutrisi dan respons imun.

 

2. BAHAN DAN METODE

 

2.1. Pernyataan Etik

Seluruh prosedur eksperimental yang digunakan dalam penelitian ini dilaksanakan secara ketat sesuai dengan pedoman institusional Komite Etika Eksperimen Hewan Universitas Federal Lavras (UFLA), Lavras, MG, Brasil, dengan nomor protokol 108/18, serta mematuhi pedoman Dewan Nasional Pengendalian Eksperimen Hewan (CONCEA) mengenai pemeliharaan dan penggunaan hewan laboratorium.

 

2.2. Asal dan Pemeliharaan Zebrafish

Zebrafish juvenil tipe liar (wild-type), berumur 30 hari pasca fertilisasi (days post-fertilization/dpf), diperoleh dari pemasok lokal dan dipelihara di Central Animal House UFLA, tempat seluruh tahapan percobaan dilaksanakan.

Sejak pemberian pakan pertama hingga awal percobaan, ikan dipelihara dalam sistem akuakultur resirkulasi (recirculating aquaculture system / RAS) sebagaimana dijelaskan oleh Carneiro et al. [20].

Setelah dua minggu masa aklimatisasi, ikan juvenil dengan bobot tubuh rata-rata 160,14 ± 1,09 mg dipindahkan ke sistem percobaan yang terdiri atas 30 akuarium polikarbonat berkapasitas 3 L (11,5 cm × 34,5 cm × 15,5 cm) yang disusun dalam rak khusus untuk spesies tersebut (Rack Hidrus, model ZEB-40, Alesco, Monte Mor, São Paulo, Brasil).

Ikan dialokasikan secara acak ke dalam kelompok perlakuan menggunakan tabel angka acak. Akuarium tersebut terhubung dengan sistem RAS yang dilengkapi dengan pengendalian otomatis terhadap suhu, pH, dan konduktivitas.

Air dari akuarium mengalir secara gravitasi menuju tangki filtrasi tipe sump yang dilengkapi dengan tiga filter kantong polipropilena untuk menyaring partikel berukuran 100 µm serta tiga filter felt untuk menahan partikel berukuran 50 µm. Air selanjutnya melewati filter biologis yang berisi BioBalls dan cincin keramik, kemudian dipompa ke dalam ruang yang dilengkapi dengan sinar ultraviolet, sebelum akhirnya dikembalikan kembali ke akuarium.

Selama periode uji pertumbuhan, ikan dipelihara di bawah pencahayaan buatan dengan siklus 14 jam terang dan 10 jam gelap. Suhu rata-rata dipertahankan pada 27,8 ± 0,6 °C, pH pada 7,4 ± 0,3, sedangkan senyawa nitrogen berada pada tingkat residu yang sangat rendah.

 

2.3. Pakan Percobaan

Enam jenis pakan diformulasikan dengan kandungan protein yang sama (isoproteik) sebesar 320 g kg⁻¹ protein kasar dan energi yang sama (isoenergetik) sebesar 17 MJ kg⁻¹ energi bruto, dengan tingkat penggantian tepung ikan (fish meal / FM) yang berbeda menggunakan Arthrospira platensis (Spirulina, SM).

Serbuk Spirulina yang digunakan sebagai bahan suplementasi pakan merupakan produk komersial (Commercial Spirulina Powder, Bernaqua) dengan kandungan protein sebesar 72%.

Penggantian tepung ikan dilakukan hingga 100%, dengan pakan yang mengandung 0, 1, 2, 3, 4, dan 5% Spirulina (SM). Nilai kebutuhan protein kasar mengikuti rekomendasi yang diusulkan oleh O’Brine et al. [21].

Seluruh pakan diproses menggunakan mesin ekstruder berdiameter 4–6 mm. Setelah proses ekstrusi, pakan dikeringkan dalam oven sirkulasi udara paksa pada suhu 55 °C selama 12 jam, kemudian dihancurkan menjadi ukuran yang sesuai untuk ikan percobaan, dan disimpan pada suhu −20 °C hingga digunakan.

Komposisi proksimat pakan dan tepung Spirulina (Tabel 1) dianalisis berdasarkan metodologi AOAC [22] yang meliputi:

• Protein kasar (Metode 984.13)
• Ekstrak eter / lemak kasar (Metode 920.39)
• Kadar air (Metode 930.15)
• Abu (Metode 942.05)

Energi bruto ditentukan menggunakan kalorimeter bom (Model IKA C5000, IKA-Werke GmbH & Co. KG, Staufen, Jerman).

 

Tabel 1. Bahan penyusun (g kg⁻¹) dan komposisi proksimat (berdasarkan bobot basah) pakan untuk zebrafish juvenil (Danio rerio) dengan peningkatan tingkat Spirulina sebagai pengganti tepung ikan.

Bahan Penyusun (g kg⁻¹)

Bahan	0	10	20	30	40	50
Tepung ikan¹	50	40	30	20	10	0
Tepung kedelai²	594,3	593,4	594,5	595,6	596,7	597,8
Spirulina³	0	10	20	30	40	50
Tepung jagung²	312,4	323,4	318,2	313,0	307,7	302,5
Dikalsium fosfat⁴	26	22,2	23,5	24,8	26,12	27,4
Premiks⁵	5	5	5	5	5	5
Garam⁴	5	5	5	5	5	5
Batu kapur⁴	3	0,27	0,64	1	1,37	1,74
Minyak kedelai⁴	4,1	0,58	3	5,4	7,88	10,3
BHT⁶	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2

 

Komposisi Teranalisis (g kg⁻¹)

Parameter	0	10	20	30	40	50
Bahan kering	887	886	879	889	879	889
Protein kasar	323	322	321	325	321	326
Ekstrak eter (lemak kasar)	34	53	41	42	42	48
Abu	67	66	57	65	57	72
Energi bruto (MJ kg⁻¹)	17,01	17,42	17,19	17,26	17,21	17,28

 

Keterangan

1. Tepung ikan diperoleh dari Total Alimentos (Archer Daniels Midland Company) — Três Corações, MG, Brasil.
2. Tepung kedelai dan tepung jagung diperoleh dari GEM Animal Nutrition — Acreúna, GO, Brasil.
3. Komposisi Spirulina (berdasarkan bahan kering, g kg⁻¹): bahan kering 877; protein kasar 723; ekstrak eter 29,5; abu 47.
4. Bahan-bahan diperoleh dari sumber komersial lokal.
5. Komposisi premiks vitamin–mineral disajikan pada teks asli.
6. BHT (butylated hydroxytoluene) digunakan sebagai antioksidan.
7. Analisis pakan dilakukan oleh ESALQLAB, Universidade de São Paulo.

 

Pakan percobaan dialokasikan secara acak ke dalam enam kelompok perlakuan, dengan masing-masing kelompok terdiri atas lima ulangan, dan setiap ulangan berisi 15 ekor ikan. Ikan diberi pakan hingga mencapai kenyang semu (apparent satiation) sebanyak tiga kali sehari, yaitu pada pukul 08.00, 11.00, dan 15.00, selama 60 hari.

 

2.4. Kinerja Pertumbuhan dan Reproduksi

Pada akhir periode uji pertumbuhan, seluruh ikan dari setiap akuarium diambil dan dianestesi menggunakan larutan benzokain (250 mg L⁻¹). Selanjutnya, ikan ditimbang dan diukur panjang tubuhnya secara individual.

Parameter yang dihitung meliputi:

• Bobot akhir (Final Weight, FW)
• Pertambahan bobot (Weight Gain, WG)
• Laju pertumbuhan spesifik (Specific Growth Rate, SGR)
• Efisiensi pakan (Feed Efficiency, FE)
• Konsumsi pakan harian (Daily Feed Intake, DFI)
• Rasio efisiensi protein (Protein Efficiency Ratio, PER)
• Panjang tubuh (Body Length, BL)
• Tingkat kelangsungan hidup

 

Rumus Perhitungan

Pertambahan bobot

WG (%) = [(bobot basah akhir − bobot basah awal) / bobot basah awal] × 100

Laju pertumbuhan spesifik

SGR(%) = 100 \times \frac{\ln W_2 - \ln W_1}{T_2 - T_1}

Efisiensi pakan

FE = (bobot akhir − bobot awal) / konsumsi pakan

Konsumsi pakan harian

DFI (mg ikan⁻¹ hari⁻¹)
= [total konsumsi pakan (g) × 1000 / jumlah ikan] / jumlah hari

Rasio efisiensi protein

PER = (bobot akhir − bobot awal) / asupan protein

dengan:
asupan protein = konsumsi pakan × kandungan protein kasar.

Tingkat kelangsungan hidup

Kelangsungan hidup (%) = 100 × (jumlah ikan akhir / jumlah ikan awal)

Keterangan:

• W₁ dan W₂ = bobot awal dan bobot akhir (mg)
• T₂ − T₁ = jumlah hari percobaan
• ln = logaritma natural

 

Pada akhir percobaan pemberian pakan, 30 ekor ikan dewasa (terdiri atas 15 betina dan 15 jantan) dipilih secara acak dari setiap perlakuan. Ikan kemudian didistribusikan ke dalam tiga ulangan untuk setiap perlakuan, dengan lima ekor betina dan lima ekor jantan ditempatkan pada setiap akuarium.

Seluruh akuarium dipelihara dengan kondisi pemeliharaan yang sama seperti pada percobaan pertumbuhan, kecuali adanya sekat berlubang di bagian tengah akuarium yang mencegah kontak langsung antara ikan jantan dan betina hingga saat pemijahan.

Ikan dipelihara dalam sistem tersebut selama tiga minggu, dengan induksi pemijahan dilakukan satu kali setiap minggu sesuai dengan prosedur yang dijelaskan oleh Carneiro et al. [20].

Pada akhir periode reproduksi, ikan betina dieutanasia dan dilakukan pembedahan untuk pengambilan gonad.

Indeks Gonadosomatik

GSI(%) = \frac{\text{berat gonad}}{\text{berat tubuh total}} \times 100

Parameter Reproduksi

Tingkat fertilisasi (%)

= (jumlah telur yang terfertilisasi / rata-rata jumlah telur per betina) × 100

Tingkat penetasan (%)

= (jumlah telur yang menetas / rata-rata jumlah telur yang terfertilisasi) × 100

 

2.5. Pembuatan Pustaka cDNA, Sekuensing, dan Pemrosesan Data

Untuk analisis RNA-Seq, ikan dari kelompok kontrol (SM0) dan kelompok SM50 dianalisis. Setiap kelompok terdiri atas tiga ulangan, dengan dua ekor ikan dikumpulkan pada setiap ulangan, sehingga total terdapat enam ekor ikan per kelompok.

Fragmen jaringan otot diambil dari setiap sampel zebrafish, diawetkan dalam RNA-Later (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), dan disimpan pada suhu −80 °C hingga dilakukan analisis.

Isolasi RNA dilakukan menggunakan Omega E.Z.N.A.® Total RNA Kit II (Omega Bio-tek, Norcross, GA, USA).

Pustaka transkriptom dibangun menggunakan TruSeq RNA Library Preparation V2 kit (Illumina Inc., San Diego, CA, USA). Setiap sampel diberi barcode, sehingga dihasilkan satu pustaka cDNA untuk setiap sampel.

Pustaka tersebut kemudian disekuensing menggunakan platform Illumina HiSeq 2500 dengan metode paired-end 2 × 150 bp.

Kualitas data sekuensing mentah (raw sequencing data) dievaluasi menggunakan perangkat lunak FastQC (versi 0.10.1). Proses penyaringan data dilakukan menggunakan Trimmomatic v0.30, yang meliputi:

• penghapusan sekuens primer dan adapter,
• pemotongan (truncation) paired-end reads dengan kualitas ujung < 25,
• pemotongan menggunakan jendela geser (sliding window) 4 bp dengan kualitas rata-rata < 25 berdasarkan algoritma Phred.

 

2.6. Pemetaan, Identifikasi, dan Anotasi Gen yang Diekspresikan Secara Diferensial

Reads yang telah diproses dipetakan ke genom referensi zebrafish (DanRer10) menggunakan perangkat lunak STAR v2.7.5b [23].

Jumlah reads yang berhasil dipetakan dihitung menggunakan perangkat lunak FeatureCounts v1.6.4+galaxy2 [24].

Analisis ekspresi gen diferensial antara kelompok SM0 dan SM50 dilakukan menggunakan perangkat lunak DESeq2 v2.11.40.6+galaxy1 [25].

Gen dengan nilai p yang telah disesuaikan (adjusted p-value) < 0,05 dianggap sebagai gen yang diekspresikan secara diferensial. Koreksi terhadap false discovery rate (FDR) dilakukan menggunakan metode Hochberg dan Benjamini [26].

Ambang signifikansi yang digunakan adalah:

• FDR < 0,05
• |log₂ fold change| ≥ 1

Analisis pengayaan fungsional Gene Ontology (GO) dilakukan dengan memetakan gen yang diekspresikan secara diferensial (DEGs) ke dalam basis data GO. Istilah GO yang diperkaya dianalisis menggunakan paket GOseq v1.50.0 [27].

Istilah Gene Ontology diklasifikasikan ke dalam tiga kategori utama, yaitu:

• Cellular Component (CC) — komponen seluler
• Biological Process (BP) — proses biologis
• Molecular Function (MF) — fungsi molekuler

Analisis jalur (pathway analysis) dilakukan menggunakan basis data KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) [28]. Jalur metabolik dengan nilai p < 0,05 dianggap menunjukkan pengayaan yang signifikan.

 

2.7. Analisis Statistik

Uji normalitas dan homogenitas varians (homoskedastisitas) dilakukan menggunakan uji Shapiro–Wilk dan uji Levene.

Data dianalisis menggunakan analisis varians (ANOVA). Apabila ditemukan perbedaan yang signifikan, maka dilakukan uji lanjut Tukey untuk perbandingan ganda antarperlakuan.

Analisis regresi linear dilakukan untuk mengevaluasi hubungan antara kinerja pertumbuhan ikan dan tingkat penggantian tepung ikan dengan Spirulina.

Seluruh analisis dilakukan pada tingkat kepercayaan 95% (p < 0,05).

Analisis statistik dilakukan menggunakan perangkat lunak:

• Minitab v18 (State College, PA, USA)
• R software (versi 4.4.1)

Tidak ada hewan, unit percobaan, maupun titik data yang dikeluarkan dari analisis statistik; seluruh data yang dikumpulkan dimasukkan dalam analisis akhir.

 

3. HASIL

 

3.1. Kinerja Pertumbuhan

Ikan dengan mudah menerima pakan percobaan, dan konsumsi pakan tidak dipengaruhi oleh komposisi pakan (Tabel 2). Tingkat kelangsungan hidup juga tidak dipengaruhi oleh perbedaan pakan percobaan, dengan nilai lebih dari 90% pada seluruh kelompok.

Pada akhir periode percobaan, kinerja ikan yang diukur melalui bobot tubuh akhir, pertambahan bobot, laju pertumbuhan spesifik, dan panjang tubuh total menunjukkan peningkatan secara linear seiring dengan meningkatnya tingkat Spirulina (SM) sebagai pengganti tepung ikan (FM) dalam pakan.

Efisiensi pakan dan rasio efisiensi protein juga menunjukkan kecenderungan yang serupa dengan parameter pertumbuhan tersebut.

 

Tabel 2. Kinerja pertumbuhan dan tingkat kelangsungan hidup zebrafish juvenil (Danio rerio) setelah sembilan minggu pemberian pakan dengan berbagai tingkat Arthrospira platensis (Spirulina) sebagai pengganti tepung ikan.

Parameter	SM0	SM10	SM20	SM30	SM40	SM50	Nilai p	R²
IW	160,46 ± 0,17	159,98 ± 0,51	159,80 ± 1,14	160,33 ± 0,21	160,56 ± 0,13	159,74 ± 0,66	–	–
FW	391,57 ± 2,10ᵈ	412,31 ± 15,48ᶜᵈ	444,38 ± 13,77ᵇᶜ	470,60 ± 17,23ᵃᵇ	477,12 ± 11,99ᵃᵇ	499,84 ± 10,99ᵃ	<0,01	0,78
WG	149,82 ± 4,43ᶜ	157,79 ± 10,26ᵇᶜ	187,89 ± 11,89ᵃᵇᶜ	182,86 ± 11,07ᵃᵇᶜ	197,16 ± 7,49ᵃᵇ	212,85 ± 5,62ᵃ	<0,01	0,77
SGR	1,49 ± 0,10ᵈ	1,57 ± 0,07ᶜᵈ	1,70 ± 0,05ᵇᶜ	1,79 ± 0,01ᵃᵇ	1,81 ± 0,04ᵃᵇ	1,90 ± 0,03ᵃ	<0,01	0,78
FE	0,42 ± 0,02ᵇ	0,46 ± 0,03ᵃᵇ	0,51 ± 0,03ᵃᵇ	0,55 ± 0,02ᵃ	0,56 ± 0,03ᵃ	0,57 ± 0,02ᵃ	<0,01	0,52
DFI	9,17 ± 0,40	9,25 ± 0,55	9,34 ± 0,58	9,36 ± 0,27	9,44 ± 0,48	10,04 ± 0,50	0,82	0,10
PER	1,29 ± 0,05ᵇ	1,39 ± 0,10ᵃᵇ	1,59 ± 0,10ᵃᵇ	1,70 ± 0,06ᵃ	1,75 ± 0,11ᵃ	1,74 ± 0,06ᵃ	<0,01	0,53
Kelangsungan hidup	93,33 ± 5,44	91,67 ± 10,00	95,00 ± 6,38	95,00 ± 6,38	93,33 ± 9,43	95,00 ± 6,38	0,86	0,10
TL	31,81 ± 0,22ᶜ	32,16 ± 0,26ᶜ	33,19 ± 0,61ᵇᶜ	35,28 ± 0,42ᵃᵇ	36,36 ± 0,51ᵃ	36,67 ± 0,51ᵃ	<0,01	0,86

Keterangan:
Data disajikan sebagai rata-rata ± galat baku rata-rata (standard error of the mean). Nilai pada baris yang sama dengan huruf superskrip yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan (p < 0,05) berdasarkan analisis varians (ANOVA) yang diikuti dengan uji Tukey (p < 0,05).

Singkatan parameter:

• IW = bobot awal (initial weight, mg)
• FW = bobot akhir (final weight, mg)
• WG = pertambahan bobot (weight gain, %)
• SGR = laju pertumbuhan spesifik (specific growth rate, %)
• FE = efisiensi pakan (feed efficiency)
• DFI = konsumsi pakan (feed intake, mg ikan⁻¹ hari⁻¹)
• PER = rasio efisiensi protein (protein efficiency ratio, %)
• Survival = tingkat kelangsungan hidup akhir (%)
• TL = panjang total (total length, mm)

 

3.2. Kinerja Reproduksi

Parameter reproduksi zebrafish yang diberi pakan dengan berbagai tingkat Spirulina (SM) sebagai pengganti tepung ikan (FM) dalam pakan disajikan pada Tabel 3.

Nilai indeks gonadosomatik (GSI) secara signifikan lebih tinggi pada ikan betina yang diberi pakan SM50 dibandingkan dengan ikan betina pada kelompok SM0. Produksi telur juga secara signifikan lebih tinggi pada ikan betina yang diberi pakan SM50. Namun demikian, tidak ditemukan perbedaan yang signifikan dalam jumlah produksi telur per betina antara kelompok SM0 dengan kelompok SM10 dan SM20.

Pakan SM50 menghasilkan tingkat fertilisasi tertinggi dibandingkan dengan perlakuan SM30 dan SM10. Tingkat penetasan telur tertinggi diamati pada ikan yang diberi pakan SM40 dan SM50, sedangkan tingkat penetasan terendah ditemukan pada ikan yang diberi pakan SM0.

Analisis principal component analysis (PCA) mampu menjelaskan 98,1% dari total variabilitas data pada dua komponen utama pertama (PC1: 85,5%; PC2: 12,6%).

Biplot PCA (Gambar 1) menunjukkan dua klaster perlakuan utama yang dibatasi oleh elips klaster statistik k-means. Perlakuan dengan tingkat inklusi Spirulina tertinggi (SM40 dan SM50) terletak pada kuadran kiri atas dan berasosiasi dengan variabel kinerja pertumbuhan, yaitu bobot akhir (FW), pertambahan bobot (WG), laju pertumbuhan spesifik (SGR), dan panjang total tubuh (TL), serta indeks gonadosomatik (GSI), produksi telur (EG), dan tingkat penetasan (HA).

Sebaliknya, perlakuan SM0, SM10, dan SM20 dikelompokkan pada kuadran kanan bawah, yang posisinya relatif jauh dari variabel utama yang diamati. Perlakuan SM30 menempati posisi intermediat, yang mengindikasikan adanya kinerja transisional di antara kedua kelompok tersebut.

Variabel FW, WG, SGR, TL, GSI, EG, dan HA merupakan parameter yang memberikan kontribusi terbesar terhadap pemisahan antar kelompok perlakuan, sebagaimana ditunjukkan oleh besar dan arah nilai loading pada biplot.

 

Tabel 3. Parameter reproduksi zebrafish (Danio rerio) yang diberi pakan dengan berbagai tingkat Arthrospira platensis (Spirulina) sebagai pengganti tepung ikan selama sembilan minggu.

Pakan	Indeks Gonadosomatik (%)	Produksi Telur	Tingkat Fertilisasi (%)	Tingkat Penetasan (%)
SM0	6,31 ± 0,73ᵇ	101,11 ± 10,07ᶜ	77,43 ± 0,35ᵇᶜ	58,60 ± 4,43ᵇ
SM10	7,01 ± 0,80ᵃᵇ	125,67 ± 4,17ᶜ	85,37 ± 1,76ᵃᵇ	65,97 ± 3,02ᵃᵇ
SM20	7,50 ± 0,86ᵃᵇ	124,56 ± 3,97ᶜ	84,46 ± 0,20ᵃᵇᶜ	68,65 ± 3,90ᵃᵇ
SM30	9,36 ± 0,72ᵃᵇ	144,22 ± 8,19ᵇᶜ	75,97 ± 2,11ᶜ	68,25 ± 1,63ᵃᵇ
SM40	9,58 ± 0,31ᵃᵇ	220,01 ± 37,29ᵃᵇ	86,40 ± 3,29ᵃᵇ	75,53 ± 2,56ᵃ
SM50	10,01 ± 0,77ᵃ	246,56 ± 17,03ᵃ	88,41 ± 1,87ᵃ	78,97 ± 0,89ᵃ

 

Analisis Regresi Linear

Nilai p:

• Indeks gonadosomatik (GSI) < 0,01
• Produksi telur < 0,01
• Tingkat fertilisasi < 0,01
• Tingkat penetasan < 0,01

Koefisien determinasi (R²):

• GSI = 0,61
• Produksi telur = 0,72
• Tingkat fertilisasi = –
• Tingkat penetasan = 0,66

 

Keterangan:
Data disajikan sebagai rata-rata ± galat baku rata-rata (standard error of the mean). Nilai pada kolom yang sama dengan huruf superskrip yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan (p < 0,05) berdasarkan analisis varians (ANOVA) yang dilanjutkan dengan uji Tukey (p < 0,05).

 

Gambar 1. Biplot Analisis Komponen Utama (Principal Component Analysis/PCA) dari parameter pertumbuhan dan reproduksi pada berbagai perlakuan pakan (SM0–SM50).

Titik-titik pada grafik menunjukkan perlakuan pakan, sedangkan elips berwarna merepresentasikan klaster yang dihasilkan melalui analisis k-means.

Panah menunjukkan nilai loading variabel, yaitu:

• FW (final weight) = bobot akhir
• WG (weight gain) = pertambahan bobot
• SGR (specific growth rate) = laju pertumbuhan spesifik
• FE (feed efficiency) = efisiensi pakan
• PER (protein efficiency ratio) = rasio efisiensi protein
• TL (total length) = panjang total tubuh
• GSI (gonadosomatic index) = indeks gonadosomatik
• EG (egg production) = produksi telur
• FR (fertilization rate) = tingkat fertilisasi
• HA (hatching rate) = tingkat penetasan

Komponen utama pertama (PC1) dan komponen utama kedua (PC2) masing-masing menjelaskan 85,5% dan 12,6% dari total varians data.

 

3.3. Analisis RNA-Seq

Sebanyak 21.090.086 raw reads diperoleh untuk kelompok SM0, sedangkan 39.292.076 reads diperoleh untuk kelompok SM50.

Setelah proses penyaringan (filtering), seluruh kumpulan data menunjukkan kualitas rata-rata read di atas 30 berdasarkan skor Phred, yang mengindikasikan tingkat kepercayaan yang tinggi terhadap sekuens yang diperoleh [29].

Selanjutnya, reads tersebut dipetakan secara unik (uniquely mapped) ke genom referensi zebrafish (GRCz10/danRer10, September 2014).

 

3.3.1. Profil Gen yang Diekspresikan Secara Diferensial (DEGs)

Setelah jumlah reads yang berhasil dipetakan dihitung, data dianalisis menggunakan paket DESeq2 (v.2.11.40.6+galaxy1) untuk melakukan analisis ekspresi gen diferensial (differential gene expression/DEG).

Analisis principal component analysis (PCA) terhadap data transkriptom yang telah dinormalisasi menggunakan DESeq2 menunjukkan adanya pengelompokan yang jelas pada ulangan biologis dalam kelompok SM0 dan SM50, yang menandakan adanya profil transkripsi yang berbeda secara nyata antara kedua perlakuan tersebut (Gambar 2).

 

Gambar 2. Analisis Komponen Utama (Principal Component Analysis/PCA) pada sampel SM0 dan SM50.

Setiap lingkaran merepresentasikan satu ulangan biologis individual (SM0_R berwarna biru muda, n = 3; SM50_R berwarna merah muda, n = 3). Sumbu x dan y masing-masing menunjukkan PC1 (82,2% dari total varians) dan PC2 (7,9% dari total varians), yang memperlihatkan pemisahan yang jelas antara dua kondisi percobaan.

Ketika membandingkan kelompok SM0 dan SM50, teridentifikasi 2.299 gen yang diekspresikan secara diferensial (differentially expressed genes/DEGs), yang terdiri atas 1.486 gen yang terekspresi meningkat (upregulated) dan 813 gen yang terekspresi menurun (downregulated) (log₂ FC > 1; FDR < 0,05) (Gambar 3).

 

Gambar 3. Volcano plot perbandingan antara perlakuan SM50 dan SM0.

Gen yang mengalami penurunan ekspresi (downregulated) ditunjukkan dengan titik berwarna biru muda (sian) (n = 813), sedangkan gen yang mengalami peningkatan ekspresi (upregulated) ditunjukkan dengan titik berwarna jingga muda (peach) (n = 1.486). Gen yang tidak menunjukkan perbedaan ekspresi yang signifikan ditampilkan sebagai titik berwarna abu-abu (n = 5.219).

Garis putus-putus vertikal menunjukkan batas ambang perubahan ekspresi (log₂ fold-change), sedangkan garis putus-putus horizontal menunjukkan batas signifikansi statistik (p = 0,05).

 

3.3.2. Anotasi Fungsional dan Analisis Jalur pada Gen yang Diekspresikan Secara Diferensial (DEGs)

Analisis pengayaan Gene Ontology (GO) menunjukkan bahwa gen yang diekspresikan secara diferensial (DEGs) yang teridentifikasi dapat diklasifikasikan ke dalam tiga kategori fungsi utama, yaitu:

• Biological Process (BP) — proses biologis
• Molecular Function (MF) — fungsi molekuler
• Cellular Component (CC) — komponen seluler

Sepuluh istilah GO teratas pada setiap kategori, beserta jumlah gen yang terlibat dalam masing-masing proses, disajikan pada Gambar 4.

Analisis pengayaan fungsional menunjukkan dominasi istilah yang berkaitan dengan:

• perkembangan otot (muscle development),
• morfogenesis (morphogenesis),
• diferensiasi sel (cell differentiation) (GO:BP).

Selain itu, komponen seluler yang mengalami pengayaan meliputi:

• struktur sarkomer (sarcomere structure),
• mitokondria (GO:CC).

Sementara itu, fungsi molekuler yang mengalami pengayaan meliputi:

• aktivitas faktor transkripsi (transcription factor activity),
• aktivitas oksidoreduktase (oxidoreductase activity),
• pengikatan kalsium (calcium binding) (GO:MF).

Beberapa istilah GO yang paling representatif di antaranya adalah:

• proses perkembangan seluler (cellular developmental process) — 499 gen
• membran mitokondria (mitochondrial membrane) — 173 gen
• aktivitas oksidoreduktase (oxidoreductase activity) — 335 gen.

 

Gambar 4. Analisis fungsional gen yang diekspresikan secara diferensial (DEGs) berdasarkan data RNA-Seq.

Hasil analisis ini merangkum sepuluh istilah Gene Ontology (GO) yang paling diperkaya pada tiga kategori fungsi utama, yaitu komponen seluler (cellular component), proses biologis (biological process), dan fungsi molekuler (molecular function).

Analisis pengayaan fungsional berdasarkan jalur KEGG menunjukkan beberapa jalur biologis yang dimodulasi secara signifikan pada gen yang mengalami peningkatan ekspresi (upregulated) pada kelompok SM50 (Gambar 5).

Jalur utama yang mengalami pengayaan berkaitan langsung dengan aktivitas otot dan metabolisme energi, antara lain:

• kontraksi otot jantung (cardiac muscle contraction),
• fosforilasi oksidatif (oxidative phosphorylation),
• glikolisis/glukoneogenesis (glycolysis/gluconeogenesis),
• jalur pensinyalan kalsium (calcium signaling pathway).

Di antara jalur KEGG yang menunjukkan pengayaan paling signifikan, jalur ribosom menonjol secara khusus (Gambar 6A), yang memperlihatkan dominasi gen pengode protein ribosomal yang mengalami peningkatan ekspresi, mencakup baik subunit besar maupun subunit kecil ribosom.

Selain itu, jalur fosforilasi oksidatif juga menunjukkan pengayaan yang signifikan (Gambar 6B), dengan peningkatan ekspresi gen yang berasosiasi dengan subunit kompleks rantai transpor elektron mitokondria I, III, IV, dan V.

Pola ekspresi ini mengindikasikan adanya peningkatan produksi ATP melalui metabolisme oksidatif, yang berfungsi untuk memenuhi kebutuhan energi yang tinggi terkait dengan biosintesis protein dan perkembangan jaringan otot.

 

Gambar 5. Diagram gelembung (bubble plot) yang menggambarkan jalur-jalur utama yang mengalami pengayaan berdasarkan analisis KEGG.

Sumbu Y menunjukkan jalur biologis yang mengalami pengayaan, sedangkan sumbu X merepresentasikan skor pengayaan (enrichment score).

 

Gambar 6. Peta jalur KEGG yang menunjukkan ekspresi gen diferensial pada perlakuan SM50 dibandingkan dengan SM0.

(A) Jalur ribosom:
Menampilkan peta subunit besar (bagian atas) dan subunit kecil (bagian bawah) dari ribosom.

(B) Jalur fosforilasi oksidatif:
Menunjukkan kompleks I–V dari rantai transpor elektron mitokondria.

Pada kedua panel, gen diberi warna berdasarkan nilai log₂ fold-change, yaitu:

• gradasi warna merah menunjukkan peningkatan ekspresi gen (upregulation),
• gradasi warna hijau menunjukkan penurunan ekspresi gen (downregulation),
• warna abu-abu menunjukkan perubahan ekspresi yang tidak signifikan secara statistik.

Bilah warna pada pojok kanan atas merepresentasikan skala nilai log₂ fold-change.

 

4. PEMBAHASAN

 

4.1. Performa Pertumbuhan

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa penggantian tepung ikan (fish meal, FM) secara penuh dengan Spirulina secara signifikan meningkatkan berat akhir, laju pertumbuhan spesifik, dan rasio efisiensi protein pada ikan zebra (Danio rerio), tanpa adanya mortalitas maupun tanda-tanda klinis selama periode percobaan.

Temuan ini menunjukkan bahwa Spirulina aman dan dapat diterima dengan baik dalam kondisi percobaan yang dilakukan, serta sejalan dengan laporan sebelumnya yang menyatakan bahwa Spirulina memiliki efek meningkatkan pertumbuhan pada berbagai spesies ikan [30–32].

Namun demikian, respons terhadap Spirulina bersifat spesifik terhadap spesies. Pada ikan catla (Catla catla), penggantian tepung ikan secara penuh dengan Spirulina, yang setara dengan sekitar 30% inklusi dalam pakan, tidak memberikan pengaruh signifikan terhadap pertumbuhan [33]. Demikian pula pada ikan mas (Cyprinus carpio), penggantian tepung ikan secara penuh dengan Spirulina tidak menyebabkan perubahan yang signifikan pada performa pertumbuhan [34].

Sebaliknya, pada ikan seabream perak (Rhabdosargus sarba), pertumbuhan menurun ketika 75% tepung ikan digantikan, dan penurunan tersebut menjadi lebih signifikan pada tingkat penggantian 100%. Hasil tersebut juga disertai dengan penurunan konsumsi pakan pada tingkat inklusi Spirulina yang lebih tinggi, yang mengindikasikan kemungkinan adanya keterbatasan dalam palatabilitas dan/atau kecernaan pakan [35].

Selain itu, dalam penelitian pada ikan seabream tersebut, Spirulina digunakan sebagai satu-satunya sumber protein pada pakan dengan penggantian tepung ikan sebesar 100%. Sebaliknya, dalam penelitian ini, meskipun tepung ikan digantikan sepenuhnya, Spirulina hanya menyumbang sekitar 5% dari total komposisi pakan, sehingga berpotensi mengurangi efek antinutrisi atau masalah palatabilitas yang mungkin muncul pada tingkat inklusi yang lebih tinggi.

Peningkatan performa pertumbuhan yang diamati dalam penelitian ini dapat dijelaskan melalui beberapa mekanisme.

Pertama, profil asam amino Spirulina, yang mengandung seluruh asam amino esensial [36], mendukung sintesis protein dan anabolisme otot. Hal ini sejalan dengan nilai rasio efisiensi protein (PER) yang lebih tinggi yang diamati pada penelitian ini.

Kedua, Spirulina mengandung lipid bermanfaat dan pigmen bioaktif, seperti fikosianin (phycocyanin) dan karotenoid, yang memiliki aktivitas antioksidan. Senyawa-senyawa ini dapat melindungi hepatosit serta mengoptimalkan metabolisme hati, sehingga meningkatkan pemanfaatan protein [37].

Selain itu, fikosianin juga dilaporkan berkaitan dengan peningkatan aktivitas enzim pencernaan, yang dapat memperlancar proses pencernaan dan penyerapan nutrien [38].

Spirulina juga dilaporkan mampu memodulasi mikrobiota usus, dengan meningkatkan populasi bakteri yang berperan dalam hidrolisis peptida dan metabolisme asam empedu, yang pada akhirnya dapat meningkatkan penyerapan nutrien [39,40].

Mekanisme-mekanisme tersebut membantu menjelaskan pola yang diamati dalam penelitian ini, di mana berat akhir (FW), pertambahan bobot (WG), laju pertumbuhan spesifik (SGR), efisiensi pakan (FE), dan rasio efisiensi protein (PER) mulai menunjukkan peningkatan sejak perlakuan SM30, dengan nilai tertinggi umumnya tercatat pada perlakuan SM40 dan SM50.

 

4.2. Performa Reproduksi

Keberhasilan reproduksi ikan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

• nutrisi induk (broodstock nutrition),
• tingkat pemberian pakan (feeding rates),
• kepadatan tebar (stocking density),
• umur dan ukuran induk (age and size of broodstock) [41,42].

Dalam penelitian ini, performa reproduksi ikan zebra (Danio rerio) dipengaruhi secara signifikan oleh penggantian tepung ikan dengan Spirulina dalam pakan.

Nilai indeks gonadosomatik (GSI) pada ikan betina yang diberi pakan SM50 (10,1%) secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan ikan betina pada kelompok SM0 (6,31%).

Selain itu, terjadi peningkatan produksi telur sekitar 2,5 kali lipat pada ikan betina yang diberi pakan dengan kandungan Spirulina 50 g kg⁻¹, dibandingkan dengan ikan betina pada kelompok SM0.

Hasil ini sejalan dengan laporan James et al. [43], yang melaporkan bahwa ikan red swordtail (Xiphophorus helleri) betina menunjukkan peningkatan nilai GSI sebagai respons terhadap peningkatan kadar Spirulina dalam pakan.

Penulis yang sama juga melaporkan bahwa ikan yang diberi pakan dengan kandungan Spirulina 8% menunjukkan bobot gonad hingga empat kali lebih besar dibandingkan dengan ikan yang diberi pakan dengan 0% atau 3% Spirulina.

Peningkatan signifikan pada GSI, produksi telur, dan tingkat penetasan yang diamati pada kelompok yang diberi Spirulina (SM40 dan SM50) menunjukkan adanya peningkatan performa reproduksi yang substansial.

Temuan ini sejalan dengan penelitian sebelumnya yang mengidentifikasi beberapa mekanisme fisiologis utama. Sebagai contoh, Calabrò et al. [44] melaporkan bahwa suplementasi Spirulina mempercepat pematangan seksual dan secara signifikan meningkatkan ekspresi vitelogenin (vitellogenin, vtg), yaitu protein prekursor utama kuning telur.

Melengkapi temuan tersebut, Coli et al. [30] melaporkan adanya peningkatan signifikan pada diameter rata-rata oosit tahap IV pada ikan yang diberi pakan dengan kandungan Spirulina 4–8%, yang mencerminkan peningkatan deposisi vitelogenin tanpa mengubah distribusi tahapan pematangan oosit.

Sementara penelitian-penelitian tersebut menjelaskan mekanisme fisiologis, temuan dalam penelitian ini menunjukkan hubungan yang jelas antara mekanisme tersebut dengan hasil reproduksi yang terukur.

Secara khusus, peningkatan vitelogenesis yang diamati dalam penelitian ini berkaitan dengan:

• peningkatan indeks gonadosomatik (GSI),
• produksi telur yang lebih tinggi,
• peningkatan tingkat penetasan telur.

Pengaruh positif Spirulina terhadap keberhasilan penetasan tidak hanya terjadi pada ikan zebra; hasil serupa juga dilaporkan pada spesies lain, seperti ikan cichlid ekor kuning (yellow-tail cichlid) [45].

Dengan mengintegrasikan temuan penelitian ini dengan hasil yang dilaporkan oleh Calabrò et al. [44] dan Coli et al. [30], hasil penelitian ini mendukung penggunaan Spirulina sebagai bahan fungsional dalam pakan induk ikan zebra.

Mekanisme utama yang mendasari efek tersebut tampaknya berkaitan dengan peningkatan proses vitelogenesis, yang kemungkinan dimediasi oleh kandungan karotenoid dan senyawa antioksidan dalam mikroalga tersebut.

Analisis multivariat menggunakan principal component analysis (PCA) juga menegaskan peningkatan ini, dengan menunjukkan bahwa perlakuan dengan tingkat inklusi Spirulina tertinggi (SM40 dan SM50) berkorelasi signifikan dengan peningkatan parameter pertumbuhan (FW, WG, SGR, TL) serta parameter reproduksi (GSI, produksi telur, dan tingkat penetasan).

Efek tersebut dapat dikaitkan dengan komposisi nutrisi Spirulina, yang meliputi fikosianin, β-karoten, asam lemak esensial, vitamin, dan mineral, yang diduga mendukung proses anabolik, perkembangan gonad, dan viabilitas gamet melalui mekanisme antioksidan dan imunomodulator [31,46].

Temuan ini konsisten dengan berbagai penelitian sebelumnya pada berbagai spesies ikan [30,31,45,46], yang mendukung penggunaan Spirulina sebagai bahan pakan fungsional untuk meningkatkan performa reproduksi sekaligus pertumbuhan ikan secara keseluruhan.

 

4.3. Ekspresi Gen Diferensial

Kesehatan ikan serta pertumbuhan yang optimal sangat berkaitan erat dengan kualitas nutrien yang dikonsumsi oleh ikan. Pemahaman mengenai dampak nutrisi terhadap pertumbuhan dan sistem imun ikan menjadi semakin penting seiring dengan meningkatnya jumlah ikan yang dipelihara menggunakan pakan formulasi [47,48].

Sekuensing transkriptom merupakan alat yang sangat berharga untuk mengkarakterisasi ekspresi gen yang mendasari berbagai mekanisme biologis yang terlibat dalam pertumbuhan, reproduksi, imunitas, dan respons terhadap stres pada ikan [47–49].

Dalam penelitian ini, analisis sekuensing transkriptom mengidentifikasi 2.299 gen yang diekspresikan secara diferensial (differentially expressed genes, DEGs), yang kemudian dikelompokkan berdasarkan istilah Gene Ontology (GO) yang sesuai.

Analisis profil ekspresi gen diferensial pada ikan yang diberi pakan Spirulina menunjukkan adanya regulasi positif terhadap sejumlah gen penting yang berkaitan dengan perkembangan dan fungsi otot pada ikan zebra (Danio rerio).

Dalam kategori GO Biological Process (BP), beberapa proses seperti perkembangan struktur otot, diferensiasi sel, dan perkembangan sel otot menunjukkan tingkat pengayaan yang signifikan. Hal ini mengindikasikan aktivasi jalur biologis yang berkaitan dengan pembentukan serta pemeliharaan jaringan otot.

Analisis GO menunjukkan adanya aktivasi proses perkembangan otot, sementara analisis jalur KEGG mengungkapkan peningkatan ekspresi pada jalur metabolisme utama. Kedua temuan yang saling melengkapi ini menunjukkan adanya respons anabolik yang terkoordinasi pada ikan zebra yang disuplementasi dengan Spirulina.

Secara khusus, pengayaan pada jalur ribosom menunjukkan peningkatan kapasitas translasi, yang merupakan kondisi fundamental untuk mendukung sintesis protein struktural, pertumbuhan, dan kelangsungan hidup organisme [50,51].

Selain itu, jalur fosforilasi oksidatif juga menunjukkan aktivasi yang signifikan, yang mengindikasikan peningkatan produksi ATP, suatu proses yang sangat penting untuk memenuhi kebutuhan energi selama pertumbuhan dan diferensiasi otot [52].

Jalur glikolisis/glukoneogenesis juga mengalami pengayaan, yang menunjukkan adanya peningkatan aliran metabolisme glikolitik untuk menyediakan energi serta intermediator metabolik yang diperlukan dalam biosintesis komponen seluler.

Lebih lanjut, suplementasi Spirulina pada ikan zebra meningkatkan regulasi beberapa jalur biologis yang sangat penting bagi pertumbuhan otot dan metabolisme energi seluler, antara lain:

• ribosom/translasi protein,
• fosforilasi oksidatif,
• organisasi sarkomer,
• pensinyalan kalsium,
• glikolisis/glukoneogenesis.

Hasil penelitian ini mendukung pemanfaatan Spirulina sebagai bahan pakan fungsional yang berpotensi memberikan manfaat bagi efisiensi produksi serta kesehatan ikan.

Karena sumbu biologis tersebut bersifat terkonservasi pada berbagai spesies ikan teleostei [18,53], mekanisme yang diidentifikasi dalam penelitian ini kemungkinan juga dapat diterapkan pada spesies ikan yang memiliki nilai komersial tinggi, seperti ikan nila (Oreochromis niloticus), ikan mas (Cyprinus carpio), dan kelompok salmonid.

Transkrip atau protein tertentu dari jalur-jalur tersebut berpotensi digunakan sebagai biomarker kandidat untuk membantu perumusan pakan yang lebih tepat serta pemantauan status nutrisi dalam sistem produksi akuakultur.

Namun demikian, penelitian validasi lintas spesies masih diperlukan untuk menentukan hubungan dosis–respons serta mengevaluasi dampak jangka panjang, termasuk terhadap kinerja fungsional dan ketahanan terhadap stres, dalam kondisi lingkungan yang relevan dengan sistem budidaya.

 

REFERENSI

1. Chiu, A.; Li, L.; Guo, S.; Bai, J.; Fedor, C.; Naylor, R.L. Feed and fishmeal use in the production of carp and tilapia in China. Aquaculture 2013, 414–415, 127–134.
2. Nakagawa, H.; Sato, M.; Gatlin, D.M. Dietary Supplements for the Health and Quality of Cultured Fish. CABI Publishing: Oxfordshire, UK, 2007.
3. Tacon, A.G.J.; Metian, M. Feed matters: Satisfying the feed demand of aquaculture. Rev. Fish. Sci. Aquac. 2015, 23, 1–10.
4. Glencross, B.; Ling, X.; Gatlin, D.; Kaushik, S.; Øverland, M.; Newton, R.; Valente, L.M.P. A SWOT analysis of the use of marine, grain, terrestrial-animal and novel protein ingredients in aquaculture feeds. Rev. Fish. Sci. Aquac. 2024, 32, 396–434.
5. Ahmad, A.; Hassan, W.S.; Banat, F. An overview of microalgae biomass as a sustainable aquaculture feed ingredient: Food security and circular economy. Bioengineered 2022, 13, 9521–9547.
6. Eilam, Y.; Khattib, H.; Pintel, N.; Avni, D. Microalgae—Sustainable source for alternative proteins and functional ingredients promoting gut and liver health. Glob. Chall. 2023, 7, 2200177.
7. Ali, S.S.; Al-Tohamy, R.; Al-Zahrani, M.; Schagerl, M.; Kornaros, M.; Sun, J. Advancements and challenges in microalgal protein production: A sustainable alternative to conventional protein sources. Microb. Cell Factories 2025, 24, 61.
8. Wu, Q.; Liu, L.; Miron, A.; Klímová, B.; Wan, D.; Kuča, K. The antioxidant, immunomodulatory, and anti-inflammatory activities of Spirulina: An overview. Arch. Toxicol. 2016, 90, 1817–1840.
9. Abdelkhalek, N.K.M.; Ghazy, E.W.; Abdel-Daim, M.M. Pharmacodynamic interaction of Spirulina platensis and deltamethrin in freshwater fish Nile tilapia (Oreochromis niloticus): Impact on lipid peroxidation and oxidative stress. Environ. Sci. Pollut. Res. 2015, 22, 3023–3031.
10. Güroy, B.; Güroy, D.; Bilen, S.; Kenanoğlu, O.N.; Şahin, I.; Terzi, E.; Karadal, O.; Mantoğlu, S. Effect of dietary Spirulina (Arthrospira platensis) on the growth performance, immune-related gene expression and resistance to Vibrio anguillarum in European seabass (Dicentrarchus labrax). Aquac. Res. 2022, 53, 2263–2274.
11. Shokri, H.; Khosravi, A.; Taghavi, M. Efficacy of Spirulina platensis on Immune Functions in Cancer Mice with Systemic Candidiasis. University of Tehran: Tehran, Iran, 2014.
12. Abdel-Daim, M.M.; Dawood, M.A.O.; Elbadawy, M.; Aleya, L.; Alkahtani, S. Spirulina platensis reduced oxidative damage induced by chlorpyrifos toxicity in Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Animals 2020, 10, 473.
13. Awed, E.M.; Sadek, K.M.; Soliman, M.K.; Khalil, R.H.; Younis, E.M.; Abdel-Warith, A.W.A.; Van Doan, H.; Dawood, M.A.O.; Abdel-Latif, H.M.R. Spirulina platensis alleviated oxidative damage in the gills, liver, and kidney of Nile tilapia intoxicated with sodium sulphate. Animals 2020, 10, 2423.
14. Belal, E.B.; Khalafalla, M.M.E.; El-Hais, A.M.A. Use of Spirulina (Arthrospira fusiformis) for promoting growth of Nile tilapia fingerlings. Afr. J. Microbiol. Res. 2012, 6, 6423–6431.
15. Teimouri, M.; Amirkolaie, A.K.; Yeganeh, S. The effects of Spirulina platensis meal as a feed supplement on growth performance and pigmentation of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquaculture 2013, 396–399, 14–19.
16. Ulloa, P.E.; Iturra, P.; Neira, R.; Araneda, C. Zebrafish as a model organism for nutrition and growth: Toward comparative studies of nutritional genomics applied to aquacultured fishes. Rev. Fish Biol. Fish. 2011, 21, 649–666.
17. Ribas, L.; Piferrer, F. The zebrafish (Danio rerio) as a model organism, with emphasis on applications for finfish aquaculture research. Rev. Aquac. 2014, 6, 209–240.
18. Piferrer, F.; Ribas, L. The use of the zebrafish as a model in fish aquaculture research. Fish Physiol. 2020, 38, 273–313.
19. Choi, T.Y.; Choi, T.I.; Lee, Y.R.; Choe, S.K.; Kim, C.H. Zebrafish as an animal model for biomedical research. Exp. Mol. Med. 2021, 53, 310–317.
20. Carneiro, W.F.; Castro, T.F.D.; Orlando, T.M.; Meurer, F.; Paula, D.A.J.; Virote, B.C.R.; Vianna, A.R.C.B.; Murgas, L.D.S. Replacing fish meal by Chlorella sp. meal: Effects on zebrafish growth, reproductive performance, biochemical parameters and digestive enzymes. Aquaculture 2020, 528, 735612.
21. O’Brine, T.M.; Vrtelová, J.; Snellgrove, D.L.; Davies, S.J.; Sloman, K.A. Growth, oxygen consumption, and behavioral responses of Danio rerio to variation in dietary protein and lipid levels. Zebrafish 2015, 12, 296–304.
22. AOAC. Official Methods of Analysis of AOAC International, 18th ed.; Association of Official Analytical Chemists: Gaithersburg, MD, USA, 2005.
23. Dobin, A.; Davis, C.A.; Schlesinger, F.; Drenkow, J.; Zaleski, C.; Jha, S.; Batut, P.; Chaisson, M.; Gingeras, T.R. STAR: Ultrafast universal RNA-Seq aligner. Bioinformatics 2013, 29, 15–21.
24. Liao, Y.; Smyth, G.K.; Shi, W. FeatureCounts: An efficient general-purpose program for assigning sequence reads to genomic features. Bioinformatics 2014, 30, 923–930.
25. Love, M.I.; Huber, W.; Anders, S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-Seq data with DESeq2. Genome Biol. 2014, 15, 550.
26. Benjamini, Y.; Hochberg, Y. Controlling the false discovery rate: A practical and powerful approach to multiple testing. J. R. Stat. Soc. B 1995, 57, 289–300.
27. Young, M.D.; Wakefield, M.J.; Smyth, G.K.; Oshlack, A. Gene ontology analysis for RNA-Seq: Accounting for selection bias. Genome Biol. 2010, 11, R14.
28. Kanehisa, M.; Goto, S.; Sato, Y.; Furumichi, M.; Tanabe, M. KEGG for integration and interpretation of large-scale molecular data sets. Nucleic Acids Res. 2012, 40, D109–D114.
29. Cock, P.J.A.; Fields, C.J.; Goto, N.; Heuer, M.L.; Rice, P.M. The Sanger FASTQ file format for sequences with quality scores, and the Solexa/Illumina FASTQ variants. Nucleic Acids Res. 2009, 38, 1767–1771.
30. Coli, A.P.; Carneiro, W.F.; da Silva, K.C.D.; Castro, T.F.D.; de Oliveira, J.P.L.; de Martins, M.S.A.; Murgas, L.D.S. Spirulina (Arthrospira platensis) supplementation: Impact on growth, metabolism, and antioxidant status in zebrafish. J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. 2024, 108, 1189–1202.

 

SUMBER:

William Franco Carneiro, Pamela Navarrete-Ramírez, Tassia Flávia Dias Castro, Estéfany Ribeiro Leão, Carlos Cristian Martínez-Chávez, Carlos Antonio Martínez-Palacios, and Luis David Solis Murgas. 2025. Replacing Fish Meal with Spirulina (Arthrospira platensis): Nutrigenomic Modulation of Growth, Reproductive Performance, and Metabolism in Zebrafish. Animals 2025, 15, 2552. https://doi.org/10.3390/ani15172552

 

#InovasiAkuakultur
#PakanIkanBerkelanjutan
#SuperfoodAquaculture
#Bioteknologi
#SustainableAquaculture