基于血浆代谢组学筛选日粮纤维影响二花脸猪肉质性状的候选代谢物.pdf
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1、畜牧兽医学报 2 0 2 3,5 4(9):3 7 5 8-3 7 6 9A c t a V e t e r i n a r i a e t Z o o t e c h n i c a S i n i c ad o i:1 0.1 1 8 4 3/j.i s s n.0 3 6 6-6 9 6 4.2 0 2 3.0 9.0 1 6开放科学(资源服务)标识码(O S I D):基于血浆代谢组学筛选日粮纤维影响二花脸猪肉质性状的候选代谢物张兆博1,侯黎明1,李平华1,杜陶然1,王中宇1,吴承武2,黄瑞华1*(1.南京农业大学养猪研究所,南京 2 1 0 0 9 5;2.南京农业大学淮安研究院,淮
2、安 2 2 3 0 0 1)摘 要:本课题组前期研究发现,7%的麸皮替代基础日粮可以显著改善二花脸猪背最长肌红度值,提高其肉品质,但其潜在的生理和分子调控机理未知。旨在利用非靶向代谢组学技术,鉴别日粮纤维影响二花脸猪肉质性状的候选代谢物;并利用二花脸猪肌管细胞体外探究日粮纤维影响二花脸猪肉品质的潜在生理和分子调控机理。本试验利用非靶向代谢组学技术检测基础日粮组和7%麸皮替代基础日粮组二花脸猪血浆样品的差异代谢物,并与肉质表型数据进行联合分析,鉴别日粮纤维影响二花脸猪肉质性状的候选代谢物。然后利用候选代谢物处理体外分离培养的二花脸猪肌管细胞,研究其对肌纤维类型转变的影响。结果显示,在基础日粮组和
3、7%麸皮替代基础日粮组之间共鉴定到9个差异代谢物,其中4个差异代谢产物在基础日粮组含量较高,5个差异代谢产物在7%麸皮替代基础日粮组含量较高。K E G G通路分析显示,二花脸猪的血浆差异代谢产物主要富集在黑色素生成途径、A B C转运体途径、酪氨酸和色氨酸生物合成途径等代谢途径上。通过与前期研究获得的肉质表型数据进行相关性分析发现,血浆差异代谢物十七烷酸与二花脸猪背最长肌2 4 h 红度值(a2 4 h)呈显著正相关。体外细胞研究表明,十七烷酸处理二花脸猪肌管细胞,提高了I型肌纤维类型标记基因 M yHC I的表达水平。综上,适量的日粮纤维添加改变了二花脸猪血浆中十七烷酸的水平,进而通过提高
4、 M y HC I基因的表达改善二花脸猪背最长肌的肉色,提高其猪肉品质。关键词:二花脸猪;日粮纤维;血浆代谢组学;十七烷酸中图分类号:S 8 2 8.2 文献标志码:A 文章编号:0 3 6 6-6 9 6 4(2 0 2 3)0 9-3 7 5 8-1 2收稿日期:2 0 2 3-0 2-1 3基金项目:国家自然科学基金面上项目(3 2 1 7 2 7 1 0);江苏省农业自主创新项目(C X(2 0)1 0 0 3)作者简介:张兆博(1 9 9 6-),男,山东夏津人,硕士生,主要从事猪肌肉发育与调控研究,E-m a i l:z h a o b o 1 3 1 21 2 6.c o m*通
5、信作者:黄瑞华,主要从事猪健康生产学与遗传育种学研究,E-m a i l:r h h u a n g n j a u.e d u.c nS c r e e n i n g C a n d i d a t e M e t a b o l i t e s o f D i e t a r y F i b e r A f f e c t i n g M e a t Q u a l i t y T r a i t s o f E r h u a l i a n P i g s B a s e d o n P l a s m a M e t a b o l o m i c sZ HANG Z h a o
6、b o1,HOU L i m i n g1,L I P i n g h u a1,DU T a o r a n1,WANG Z h o n g y u1,WU C h e n g w u2,HUANG R u i h u a1*(1.I n s t i t u t e o f S w i n e S c i e n c e,N a n j i n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y,N a n j i n g 2 1 0 0 9 5,C h i n a;2.H u a ia n A c a d e m y,N a n j i n g A
7、g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y,H u a ia n 2 2 3 0 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:P r e v i o u s s t u d y i n a u t h o r s r e s e a r c h g r o u p h a v e f o u n d t h a t 7%b r a n r e p l a c e m e n t b a s a l d i e t c a n s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e t h e r e d n e s
8、 s v a l u e o f L o n g i s s i m u s d o r s i m u s c l e o f E r h u a l i a n p i g s a n d i m p r o v e t h e i r m e a t q u a l i t y,b u t i t s p o t e n t i a l p h y s i o l o g i c a l a n d m o l e c u l a r r e g u l a t o r y m e c h a-n i s m s r e m a i n u n k n o w n.T h e a i m
9、 o f t h e s t u d y w a s t o i d e n t i f y t h e c a n d i d a t e m e t a b o l i t e s o f d i e t a r y f i b e r a f f e c t i n g m e a t q u a l i t y t r a i t s o f E r h u a l i a n p i g s u s i n g n o n-t a r g e t e d m e t a b o l o m i c s t e c h n o l o g y a n d t o e x p l o r
10、 e t h e p o t e n t i a l p h y s i o l o g i c a l a n d m o l e c u l a r r e g u l a t o r y m e c h a n i s m o f d i e t a r y f i b e r 9期张兆博等:基于血浆代谢组学筛选日粮纤维影响二花脸猪肉质性状的候选代谢物a f f e c t i n g t h e m e a t q u a l i t y u s i n g a n i n v i t r o m y o t u b e s d e r i v e d f r o m E r h u
11、a l i a n p i g s.D i f f e r e n t i a l p l a s m a m e t a b o l i t e s b e t w e e n b a s a l d i e t g r o u p a n d 7%b r a n r e p l a c e m e n t b a s a l d i e t g r o u p w e r e d e-t e c t e d b y n o n-t a r g e t e d m e t a b o l o m i c s t e c h n o l o g y i n E r h u a l i a n
12、p i g s,t h e n t h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n d i f f e r e n t i a l p l a s m a m e t a b o l i t e s a n d m e a t q u a l i t y p h e n o t y p e d a t a w e r e a n a l y z e d t o i d e n t i f y d i e t a r y f i b e r c a n d i d a t e m e t a b o l i t e s a f f e c t i n g t h
13、e m e a t q u a l i t y t r a i t s o f E r h u a l i a n p i g s.T h e n t h e c a n d i d a t e m e t a b o l i t e w a s u s e d t o t r e a t E r h u a l i a n p i g m y o t u b e s i n v i t r o t o s t u d y i t s e f f e c t o n t h e t r a n s f o r-m a t i o n o f m u s c l e f i b e r t y
14、p e s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t,a t o t a l o f 9 d i f f e r e n t i a l m e t a b o l i t e s w e r e i d e n t i f i e d b e t w e e n t h e b a s a l d i e t g r o u p a n d t h e 7%b r a n r e p l a c e m e n t b a s a l d i e t g r o u p,o f w h i c h 4 d i f f e r e n t i a l m
15、e t a b o l i t e s h a d h i g h e r l e v e l i n t h e b a s a l d i e t g r o u p a n d 5 d i f f e r e n t i a l m e t a b o l i t e s h a d h i g h e r l e v e l i n t h e 7%b r a n r e p l a c e m e n t b a s a l d i e t g r o u p.K E G G p a t h w a y a n a l y s i s s h o w e d t h a t p l
16、a s m a d i f f e r e n t i a l m e t a b o l i t e s o f E r h u a l i a n p i g s w e r e m a i n l y i n v o l v e d i n m e l a n i n g e n e r a t i o n p a t h w a y,A B C t r a n s p o r t e r p a t h w a y a n d t y r o s i n e a n d t r y p t o p h a n b i o s y n t h e s i s p a t h w a y,
17、e t c.T h e p l a s m a m e t a b o l i t e h e p t a d e c a n o i c a c i d w a s f o u n d t o b e p o s i t i v e l y c o r r e l a t e d w i t h t h e 2 4 h r e d n e s s v a l u e(a2 4 h)o f L o n g i s s i m u s d o r s i m u s c l e o f E r h u a l i a n p i g s b y c o r r e l a t i o n a n
18、 a l y s i s w i t h t h e m e a t q u a l i t y p h e n o t y p e d a t a o b t a i n e d i n p r e v i o u s s t u d i e s.T h e r e s u l t s o f i n v i t r o c e l l e x p e r i m e n t s s h o w e d t h a t t h e e x p r e s s i o n l e v e l o f t y p e I m u s c l e f i b e r t y p e m a r k
19、 e r g e n e M y HC I w a s i n c r e a s e d b y h e p t a d e c a n o i c a c i d t r e a t m e n t i n E r h u a l i a n p i g m y o t u b e c e l l s.I n s u mm a r y,a p p r o p r i a t e d i e t a r y f i b e r s u p p l e m e n t a t i o n c h a n g e d t h e p l a s m a m e t a b o l o m e o
20、 f E r h u a l i a n p i g s,a n d h e p t a d e c a n o i c a c i d m a y i m p r o v e t h e f l e s h c o l o r o f L o n g i s s i m u s d o r s i m u s c l e o f E r h u a l i a n p i g s b y i n c r e a s i n g t h e e x-p r e s s i o n o f M y HC I g e n e a n d t h u s i m p r o v e d t h e
21、q u a l i t y o f p o r k.K e y w o r d s:E r h u a l i a n p i g s;d i e t a r y f i b e r;p l a s m a m e t a b o l o m i c s;h e p t a d e c a n o i c a c i d*C o r r e s p o n d i n g a u t h o r:HUANG R u i h u a,E-m a i l:r h h u a n g n j a u.e d u.c n 我国猪肉消费需求已从“量稳”进入“质升”阶段,如何改善猪肉品质已成为畜牧业生产的
22、新目标。以往有较多研究发现日粮纤维可以影响猪肉品质,但因日粮纤维代谢过程复杂,对机体的调控形式也可能存在直接或间接的作用途径,导致其作用机理研究一直不清。日粮纤维是指饲料中不能被动物分泌的消化酶直接消化的细胞壁成分,主要包括纤维素、半纤维素、果胶和木质素等。本课题组前期研究发现:与同生理阶段和同体重的大白猪育肥阉公猪相比,二花脸猪可以耐受更高的纤维日粮,且7%的麸皮替代基础日粮可以显著提高二花脸猪背最长肌红度值(a值),初步分析发现,7%的麸皮替代基础日粮改变了二花脸猪肌纤维类型,肌纤维类型标记基因M y HC I的mR NA表达水平升高,而M y HC I I b和M y HC I I x的
23、mR NA和蛋白表达水平显著降低1,提示适量的日粮纤维添加可通过改变肌纤维类型改善二花脸猪的肉色,提高猪肉品质。日粮纤维在猪体内主要由后肠定植的微生物发酵生成短 链脂肪酸(s h o r t c h a i n f a t t y a c i d s,S C-F A s)、C O2、H2等物质2,同时日粮纤维可能通过影响肠道微生物的平衡和代谢,诱导微生物产生氨基酸、小肽等小分子代谢物3-6,调控动物整体代谢和健康。近年来,随着D NA高通量测序、基因组学等技术和学科的快速发展,特别是代谢组学技术的日益成熟,为研究日粮纤维的分子营养调控机制提供了新的方法与思路。代谢组学是研究生物体受到干预前后代
24、谢产物图谱及其动态变化的一种技术,具有技术通用性强、数据库简易等特点7,且代谢处于生命调控过程的末端,相较于其他组学而言,代谢组学提供的是生物学的终端信息,更接近于生物体表型8。作为“后基因组学时代”的一项新兴技术,代谢组学平台在动物营养调控的研究中已经得到了广泛的应用9,但基于代谢组学技术解析日粮纤维调控猪肉品质机理的研究还鲜见报道。因此,本研究选择可代表和体现生物体整体生理系统代谢变化特征的二花脸猪血浆样品1 0,采用G C-M S非靶标代谢组学技术对其代谢物进行全面分析、鉴定和比较,并在体外细胞水平开展代谢物的功能验证试验,探究日粮纤维对猪血浆代谢物的影响,筛选日粮纤维影响二花脸猪肉质性
25、状的候选代谢物,为揭示日9573畜 牧 兽 医 学 报5 4卷 粮纤维的营养功能并对其进行合理的应用提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料本研究以二花脸猪基础日粮组(EHL_0%)和7%麸皮替代基础日粮组(EHL_7%)的血浆样品为试验材料1。试验用到的细胞分离自1日龄二花脸公猪的背最长肌(购自常熟市畜禽良种有限公司)。型胶原酶、胰蛋白酶和L多聚赖氨酸购自S i g m a公司;DMEM/F 1 2培养基、丙氨酰谷氨酰胺(G l u-t a m a x)、非必需氨基酸(N E AA)和丙酮酸钠(S o d i-u m P y r u v a t e)购自G i b c o公司;胎牛血清(
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