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飼糧能量水平對(duì)烏金豬脂肪組織脂類合成代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響

2011-03-28 10:35潘洪彬趙素梅葛長(zhǎng)榮高士爭(zhēng)
關(guān)鍵詞:烏金脂肪組織飼糧

潘洪彬 趙素梅 黃 英 王 靜 張 曦 葛長(zhǎng)榮 高士爭(zhēng)

烏金豬是云南省優(yōu)良的地方豬種之一,具有耐粗飼、抗逆性強(qiáng)、肉質(zhì)優(yōu)良、肌內(nèi)脂肪豐富等優(yōu)良性狀[1]。研究不同能量水平的飼糧對(duì)烏金豬脂肪組織中脂類合成代謝和脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)基因表達(dá)的影響,對(duì)闡明飼糧能量水平對(duì)豬脂肪組織脂類代謝影響的分子機(jī)制具有重要科學(xué)意義。

動(dòng)物體脂的沉積是一個(gè)復(fù)雜生理生化過程,受動(dòng)物品種、年齡及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的影響較大。在脂肪合成過程中,乙酰輔酶 A羧化酶(acetyl CoA carboxylase,ACC)和脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,FAS)催化乙酰輔酶 A合成脂肪酸[2-4],是脂肪合成的限速酶[5-6]。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol regulator element binding protein,SREBP)是一類膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子[7],包括 SREBP-la、SREBP-lc和 SREBP-2 3種亞型,營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)改變可調(diào)節(jié)SREBP-1c表達(dá)[8]。脂肪細(xì)胞型脂肪酸結(jié)合蛋白(adipocyte fatty acid-binding protein,A-FABP)與肌內(nèi)脂肪含量、背膘厚及生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)[9-10]。前期試驗(yàn)中,本試驗(yàn)室系統(tǒng)研究了飼糧不同能量水平對(duì)烏金豬生長(zhǎng)、胴體組成和肉品質(zhì)的影響,通過模糊綜合評(píng)定得出了烏金豬在不同生長(zhǎng)階段獲得最佳肉品質(zhì)的所需的飼糧能量水平[11-12],并研究了飼糧蛋白質(zhì)對(duì)豬的脂肪組織中脂類代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響[13]。本試驗(yàn)在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步深入研究飼糧不同能量水平對(duì)烏金豬脂肪組織脂類合成代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響,闡明飼糧能量水平對(duì)豬脂肪組織脂類合成代謝影響的分子機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取健康、胎次相近、體重約 15 kg的烏金豬54頭,公母各占 1/2,采用單因子隨機(jī)分組分為 3組,每組 3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù) 6頭豬,分別飼喂 3種不同消化能水平的飼糧。

根據(jù)《動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)參數(shù)與飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn):中國(guó)肉脂型生長(zhǎng)肥育豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》[14]設(shè)計(jì)烏金豬各生長(zhǎng)階段飼糧,每階段飼糧粗蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)水平基本一致,設(shè)低(LDE)、中 (MDE)、高(HDE)3個(gè)消化能水平,中能組飼糧采用飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的消化能,低、高能組飼糧則分別上下調(diào)整 10%,消化能分別為低能組 11.74 MJ/kg、中能組 12.89 MJ/kg、高能組14.22 MJ/kg[11-12]。試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見表1。

1.2 飼養(yǎng)管理

試驗(yàn)分 15~30、30~60和 60~100 kg 3個(gè)階段。預(yù)試期為 5 d,試驗(yàn)期日飼喂 3次,自由飲水,注意觀察豬的精神狀態(tài)和行為等,各階段換料采用逐漸過渡方法,過渡期為 7 d。分別于 30、60和100 kg體重時(shí)分批屠宰,每批屠宰 6頭,測(cè)定胴體脂肪率,并取皮下脂肪組織于 -80℃保存待測(cè)。

表1 試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets(air-dry basis)

1.3 實(shí)時(shí)定量 PCR(real-time PCR)

1.3.1 總 RNA提取

用 Trizol試劑提取總 RNA,用紫外分光光度計(jì)(260 nm)和變性瓊脂糖凝膠電泳測(cè)定總 RNA濃度與純度。

1.3.2 反轉(zhuǎn)錄

取 2μg總 RNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄,反應(yīng)采用 20μL體系:12μmol/L隨機(jī)引物、0.5 mmol/L dNTP、20 U/μL RNA酶 抑 制 劑 (RNase inhibitor)、10 U/μL反轉(zhuǎn)錄酶(M-MLV RTase)、4μL 5×RT Buffer[含 250 mmol/L Tris-HCl(pH 8.3)、50 mmol/L MgCl2、 250 mmol/L KCl、50 mmol/L二硫蘇糖醇(DTT)、2.5 mmol/L亞精胺(Spermidine)]。先加 RNA模板、dNTP和隨機(jī)引物,70℃變性 5 min,立即冷卻,再加其余試劑 37℃反應(yīng)60 min,95℃滅活 5 min。反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物于 -20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 實(shí)時(shí)定量 PCR

目的基因(ACC、FAS、SREBP-1c、A-FABP)和內(nèi)標(biāo)基因 β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)引物使用 Primer v5軟件根據(jù) GenBank上豬的基因序列設(shè)計(jì),引物序列、退火溫度、產(chǎn)物大小及登錄號(hào)見表 2。

表2 實(shí)時(shí)定量PCR特異性引物Table 2 Specific primers for real-time PCR

實(shí)時(shí)定量 PCR采用 20μL反應(yīng)體系:1.5μL反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、10μL iQTMSYBRGreen Supermix(BIO-RAD,美 國(guó) )、 0.25 mmol/μL dNTP、0.5 mmol/L目的基因引物。每個(gè)樣品測(cè)定 2次,2個(gè)平行樣間的相對(duì)偏差不大于 10%。各基因 PCR的優(yōu)化條件見表 3。

表3 實(shí)時(shí)定量 PCR條件Table 3 Conditions for real-time PCR

1.3.4 定量方法

實(shí)時(shí)定量 PCR結(jié)果以表達(dá)量的倍數(shù)表示,基因表達(dá)量根據(jù)下列公式計(jì)算[15]。

式中,CT為閾值循環(huán)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 SAS 9.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)平均值進(jìn)行方差分析,做顯著性檢驗(yàn)(P<0.05、P<0.01)。

2 結(jié) 果

2.1 飼糧能量水平對(duì)不同生長(zhǎng)階段烏金豬脂肪率的影響

由表 4可知,不同能量水平的飼糧對(duì) 30 kg烏金豬脂肪率影響不顯著(P>0.05),而對(duì) 60和100 kg的烏金豬的脂肪率有極顯著影響(P<0.01),高能組烏金豬的脂肪率比低能組的分別高8.39%和 19.25%,且烏金豬脂肪率隨飼糧能量水平的升高呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

表4 不同生長(zhǎng)階段飼喂不同能量水平飼糧的烏金豬的脂肪率Table 4 Fat percentage of Wujin pigs feed diets with different energy levels at different growth stage %

2.2 飼糧能量水平對(duì)不同生長(zhǎng)階段烏金豬 ACC表達(dá)水平的影響

由表 5可知,體重為 30 kg時(shí),中、高能組脂肪組織 ACC表達(dá)水平分別比低能組降低了65.00%、78.00%(P<0.05),體重為 60 kg時(shí),分別提高了 4.73%(P>0.05)和 24.54%(P<0.05),體重為 100 kg時(shí),分別降低了 3.43%(P>0.05)和32.31%(P<0.05)。此外,體重為 60 kg時(shí),脂肪組織 ACC基因的表達(dá)水平高于體重為 30和100 kg時(shí)。

表5 不同生長(zhǎng)階段飼喂不同能量水平飼糧的烏金豬脂肪組織ACC表達(dá)水平Table 5 The expression level of ACC in adipose tissue of Wujin pigs feed diets with different energy levels at different growth stage

2.3 飼糧能量水平對(duì)不同生長(zhǎng)階段烏金豬 FAS表達(dá)水平的影響

由表 6可知,60 kg體重時(shí),脂肪組織 FAS表達(dá)水平隨飼糧能量水平升高而升高,中、高能組分別比低能組的升高了 79.56%和 227.73%(P<0.05);在 30和 100 kg體重時(shí)則相反,FAS表達(dá)水平隨飼糧水平的升高而降低,中能組比低能組的分別降低 11.00%和 3.92%(P>0.05);高能組比低能組分別降低了 65.00%和 38.24%(P<0.05)。此外,60 kg體重時(shí),脂肪組織 FAS基因的表達(dá)水平比 30和 100 kg體重時(shí)高。

表6 不同生長(zhǎng)階段飼喂不同能量水平飼糧的烏金豬脂肪組織 FAS表達(dá)水平Table 6 The expression level of FAS in adipose tissue of Wujin pigs feed diets with different energy levels at different growth stage

2.4 飼糧能量水平對(duì)不同生長(zhǎng)階段烏金豬SREBP-1c表達(dá)水平的影響

由表 7可知,高能組與低、中能組脂肪組織SREBP-1c基因表達(dá)水平差異顯著(P<0.05);體重為 60 kg時(shí),脂肪組織 SREBP-1c表達(dá)水平隨飼糧能量水平的升高而升高,高能組與中能組相比顯著上調(diào) 62.07%(P<0.05);體重為 30和100 kg時(shí),SREBP-1c表達(dá)水平隨飼糧能量水平的升高而降低,中能組比低能組分別降低 5.00%和3.03%,高能組比低能組分別降低 45.00%和 24.24%。并且,體重為 60 kg時(shí),脂肪組織 SREBP-1c表達(dá)水平比 30和 100 kg體重時(shí)高。

表7 不同生長(zhǎng)階段飼喂不同能量水平飼糧的烏金豬脂肪組織 SREBP-1c表達(dá)水平Table 7 The expression level of SREBP-1c in adipose tissue of Wujin pigs feed diets with different energy levels at different growth stage

2.5 飼糧能量水平對(duì)不同生長(zhǎng)階段烏金豬A-FABP表達(dá)水平的影響

由表 8可知,隨著飼糧能量水平的升高,30和100 kg體重時(shí)脂肪組織 A-FABP表達(dá)水平逐漸升高,中能組分別比低能組顯著升高 119.00%和65.00%(P<0.05),高能組分別比低能組顯著升高 339.00%和 120.00%(P<0.05);體重為60 kg時(shí),A-FABP表達(dá)水平隨飼糧能量水平的升高而降低,中、高能組分別比低能組顯著降低了 20.45%和 67.05%(P<0.05)。此外,隨著體重的增加,除高能組外各組 A-FABP表達(dá)有逐漸下降的趨勢(shì)。

表8 不同生長(zhǎng)階段飼喂不同能量水平飼糧的烏金豬脂肪組織 A-FABP表達(dá)水平Table 8 The expression level of A-FABPin adipose tissue of Wujin pigs feed diets with different energy levels at different growth stage

3 討 論

動(dòng)物每天從食物中攝取能量,并主要在肝臟和脂肪組織中把多余的能量轉(zhuǎn)變成脂肪儲(chǔ)存起來。能量供給水平與畜禽的生產(chǎn)性能和胴體品質(zhì)有密切關(guān)系,一般來說,畜禽攝取能量越多,日增重越快,飼料利用率越高,胴體脂肪含量也越多。研究表明,提高飼糧能量水平可促進(jìn)生長(zhǎng),同時(shí)又增加體脂含量[15-17],劉作華等[18]研究也表明飼糧能量水平影響豬生產(chǎn)性能及體脂沉積。本試驗(yàn)結(jié)果表明,不同生長(zhǎng)階段的烏金豬脂肪率隨飼糧能量水平的升高而升高,與上述研究結(jié)果相一致。

中國(guó)地方豬種與國(guó)外其他商品豬種相比,表現(xiàn)生長(zhǎng)速度慢、脂肪沉積率高[19-22]。脂肪沉積主要與脂肪組織的脂肪生成能力有關(guān),脂肪組織是脂肪酸合成的主要部位[23],脂肪和肌肉組織中甘油三酯的數(shù)量是脂肪合成和降解的綜合體現(xiàn)。熊文中等[24]研究發(fā)現(xiàn),豬脂肪組織中脂肪酸合成酶與胴體脂肪量、胴體的脂肪率呈極顯著正相關(guān)。另外,動(dòng)物脂肪的水解主要靠激素敏感脂酶催化水解,這些酶是脂肪細(xì)胞中甘油三酯降解的限速酶,在調(diào)控能量平衡中起重要作用[25]。

ACC是脂肪酸從頭合成過程中的關(guān)鍵酶[2],它調(diào)節(jié)脂肪酸合成以及脂肪酸的 β氧化,營(yíng)養(yǎng)因素對(duì) ACC活性及其 mRNA水平的調(diào)控具有組織特異性,ACC在脂肪型豬體內(nèi)的活性是瘦肉型豬的 3倍,它與基礎(chǔ)脂肪的合成率呈正相關(guān)[20];FAS是一個(gè)多酶復(fù)合體系,它利用丙二酸單酰輔酶 A合成長(zhǎng)鏈脂肪酸棕櫚酸[5],FAS基因的表達(dá)增加能顯著促進(jìn)甘油三酯的沉積從而導(dǎo)致肥胖[26]。劉作華等[18]研究表明能量水平可通過影響 FAS的表達(dá)來調(diào)節(jié)豬的脂肪沉積。此外,ACC和 FAS對(duì)脂肪的合成起到限速性和決定性的作用[5-6]。SREBP-1c是一類與膜結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子,它們能夠激活編碼膽固醇和脂肪酸生物合成的酶基因,這些酶包括 ACC、FAS、硬脂酰輔酶 A去飽和酶、甘油 -3-磷酸乙酰轉(zhuǎn)移酶等[27-28]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,高能量飼糧顯著促進(jìn) 60 kg體重烏金豬脂肪組織中 ACC、FAS和 SREBP-1c基因的相對(duì)表達(dá),脂肪合成相關(guān)的基因表達(dá)受到上調(diào),說明 60 kg烏金豬脂肪組織中的游離脂肪酸從頭合成有所增加,相反高能量飼糧卻顯著抑制 30和 100 kg體重烏金豬脂肪組織中 ACC、FAS和 SREBP-1c基因的表達(dá),間接說明高能量飼糧降低了烏金豬生長(zhǎng)早期和后期的脂肪組織中脂肪酸的從頭合成。

脂肪組織中 A-FABP負(fù)責(zé)將脂肪細(xì)胞的脂肪酸運(yùn)送至脂肪酸氧化或三酰甘油合成的位置[29],防止細(xì)胞內(nèi)堆積過多的游離脂肪酸,并維持脂肪細(xì)胞脂解和脂肪合成之間代謝的動(dòng)態(tài)平衡[30]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,高能量飼糧促進(jìn)了 100 kg體重烏金豬 A-FABP的基因表達(dá),并且 100 kg體重時(shí)烏金豬胴體脂肪率明顯高于其他體重階段,說明脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)增強(qiáng),脂肪組織攝取較多的游離脂肪酸,脂肪合成能力增強(qiáng);而 30 kg體重烏金豬的A-FABP的基因表達(dá)增強(qiáng),也許是生長(zhǎng)早期需要儲(chǔ)備一定量的脂肪以利于中后期的生長(zhǎng);高能量飼糧抑制 60 kg體重烏金豬脂肪組織 A-FABP基因表達(dá),說明脂肪組織對(duì)外源脂肪酸的利用減少,即分解利用的脂肪酸減少,而體內(nèi)從頭合成的脂肪酸增加;從烏金豬脂肪率隨飼糧能量水平升高而升高的趨勢(shì)來看,烏金豬機(jī)體隨能量水平的升高可能儲(chǔ)存了更多的脂肪酸,即高能量飼糧能增加脂肪組織中的脂肪酸含量。

因此,烏金豬在不同生長(zhǎng)階段,飼糧能量水平對(duì)脂肪組織的脂肪代謝可能存在不同的調(diào)控機(jī)制,在生長(zhǎng)早期和后期(30和 100 kg),飼糧高能量抑制了脂肪組織中脂肪酸的從頭合成,但高能量水平卻能增加脂肪組織的脂肪沉積[15-17],說明高能量營(yíng)養(yǎng)有可能通過其他脂類合成途徑合成脂肪,增加脂肪沉積,本試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了此時(shí)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)增加,說明脂肪組織攝取了較多的外源脂肪酸來合成脂肪,可能通過二脂酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶(DGAT)來對(duì)外源脂肪酸加以利用,合成甘油三酯[31]。而生長(zhǎng)中期(60 kg)的情況有所不同,此時(shí)是體組織合成的旺盛時(shí)期,機(jī)體蛋白質(zhì)及脂類代謝都較強(qiáng),高能量營(yíng)養(yǎng)同時(shí)增強(qiáng)了脂肪酸的從頭合成代謝以滿足機(jī)體快速生長(zhǎng)及沉積脂肪的要求。

4 結(jié) 論

①體重為 60和 100 kg時(shí),烏金豬脂肪率隨飼糧能量水平的升高而極顯著升高。

②高能量飼糧顯著促進(jìn)烏金豬脂肪組織脂類合成代謝相關(guān)基因(ACC、FAS、SREBP-1c)在體重60 kg時(shí)的表達(dá),可能增加了 60 kg體重烏金豬脂肪組織中游離脂肪酸的從頭合成。

③高能飼糧顯著抑制脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因(A-FABP)在 60 kg時(shí)的表達(dá),降低了脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn),可能減少了脂肪組織對(duì)外源脂肪酸的攝取。

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