阿里野血牦牛与家养牦牛血液代谢组比较分析.pdf
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1、试验研究2024年第1期西 藏 农 业 科 技阿里野血牦牛与家养牦牛血液代谢组比较分析洛桑顿珠1,2,俄广鑫3,张强1,2,平措占堆1,2,王洪壮1,2,次旦央吉1,2,巴桑旺堆1,2*(1.省部共建青稞和牦牛种质资源与遗传改良国家重点实验室,西藏 拉萨 850000;2.西藏自治区农牧科学院畜牧兽医研究所,西藏 拉萨 850000;3.西南大学动物科学技术学院,重庆 400417)摘 要:本研究旨在利用质谱技术鉴定野血牦牛与家养牦牛血清中化学衍生物的差异,以明确长期受到高原生态环境自然选择下,野血牦牛更优环境适应性的代谢机制。本研究利用串联质谱技术对西藏阿里改则县的5头野血牦牛和5头家养牦牛
2、的血清进行代谢组功能分析,共鉴定到574个代谢相关化学衍生物质,其中比例最高的是有机酸及其衍生物和氨基酸及其衍生物,21种代谢物质差异显著,较家养牦牛,野血牦牛有7类化学代谢物(邻甲氧基苯甲酸、9,12十八碳二烯酸、3,4,5-三甲氧基肉桂酸等)显著上调,14类化学代谢物(前列腺素E2、氧化三甲胺、羟基二十碳五烯酸等)显著下调。其中7类化学衍生物(5-羟基吲哚-3-乙酸、鸟苷、尿素、前列腺素E2、皮质醇、5-甲氧基色胺、3-甲基吲哚)富集于31个KEGG信号通路,包括组织系统(Organismal Sysyems)、代谢(Metabolism)、人类疾病(Human Disease)、环境信息
3、过程(Environmental Information Processing)。本研究通过代谢组比较分析,进一步明确了野血牦牛优异的环境适应性代谢基础,同时鉴定到野血牦牛中富含一系列(鸟苷、5-甲基-2-脱氧饱苷、邻甲基苯甲酸等)已明确与心脑血管疾病相关药的化学衍生物,为今后开发抗高原病相关药物开发提供借鉴参考。关键词:牦牛;代谢组;化学衍生物;高原适应性;质谱技术中图分类号:S823.8+5文献标志码:AComparative analysis blood metabolomes between Ali wild blood yak and domestic yak using mass
4、spectrometryLuosandunzhu1,2,E Guangxin3,ZHANG Qiang 1,2,Pingcuozhandui 1,2,WANG Hongzhuang1,2,Cidanyangji 1,2,Basangwangdui 1,2*(1.State Key Laboratory of Barley and Yak Germplasm Resources and Genetic Improvement,Tibet Lhasa 850000,China;2.Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine,Tibet
5、 Academy of Agricultural and Animal Sciences,Tibet Lhasa 850009,China;3.School of Animal Science and Technology,Southwest University,Chongqing,400417,China)Abstract:The purpose of this study was to identify differences of chemical derivatives in serum between wild blood yak and domestic yak by mass
6、spectrometry,so as to clarify the metabolic mechanism of better environmental adaptability of wild blood yak under the long-term natural selection of plateau ecological environment.The study used tandem mass spectrometry technology to analyze the functional components in the serum of 5 wild blood ya
7、ks and 5 domestic yaks from Gaize County,Ali,Tibet.The results shown that a total of 574 metabolism-related chemical derivatives were identified,among which organic acids and their derivatives as well as amino acids and amino acid derivatives accounted for the largest proportion.21 metabolites showe
8、d significant differences between groups.Compared with domestic yak,7 kinds of chemical metabolites(such as o-methoxybenzoic acid,9,12-octadecadienoic acid,3,4,5-trimethoxyl cinnamic acid,etc.)were significantly up-regulated,and 14 kinds of chemical metabolites(such as prostaglandin E2,trimethylamin
9、e oxide,hydroxyeicosapentaenoic acid)were significantly down-regulated in wild blood yak.Among them,7 chemical derivatives(5-hydroxyindole-3-acetic acid,guanosine,urea,prostaglandin E2,cortisol,5-methoxytryptamine,3-methylindole)were enriched in 31 KEGG signals pathways,including organismal systems,
10、metabolism,human disease,and environmental information processing.The comparative analysis of serum metabolomes in this study not only further clarified the metabolic basis for the excellent environmental adaptation of wild blood yak,but also identified that wild blood yak is rich in a series of met
11、abolic materials(guanosine,5-methyl-2-Deoxysaturated glycosides,o-toluic acid,etc.)which have been confirmed related to cardiovascular and cerebrovascular disease-related drugs,providing reference for the development of anti-altitude disease-related drugs in the future.Key Words:Yak;metabolome;chemi
12、cal derivatives;plateau adaptation;mass spectrometry收稿日期:2023-09-25基金项目:国家肉牛牦牛产业技术体系(CARS-37);基于16S rRNA基因测序分析改则县野血牦牛与家养牦牛肠道微生物群落多样性研究项目(XZ202101ZR0080G);阿里地区改则县野血牦牛健康养殖营养调控技术研究与示范项目(QYXTZX-AL2021-02);牦牛种业创新与健康养殖项目(XZ202101ZD0002N);藏区牦牛藏羊选育提高与高效健康养殖集成示范项目(2022YFD1302100)。作者简介:洛桑顿珠(1989-),男,本科,助理研究员,
13、主要从事牦牛繁育研究,E-mail:;*为通信作者:巴桑旺堆(1968-),男,本科,研究员,主要从事牦牛饲养管理研究,E-mail:bw 。0442024年第1期 试验研究西 藏 农 业 科 技代谢组学是指在特定条件下对细胞、组织或生物体中小分子代谢物进行定性和定量分析1。代谢组学作为发展最快的“组学”技术分支之一,在农业上可用于研究非生物胁迫耐受性、植物化学成分分析、药物研发、作物辅助育种和发现潜在的肉品质新型生物标志物2-5。同时,代谢组学常用于确定参与复杂临床表型的生物标志物,从而检测出针对特定疾病或治疗、干预的细微代谢差异,获得疾病的特征性代谢谱6-8。野血牦牛经过自然选择而进化拥有
14、的优良高寒逆境适应能力,在体格特征、抗逆性等方面均优于家牦牛9。作为牦牛种业创新发展、产业提质增效的宝贵资源,野血牦牛对当地牧业经济和民生发展具有重要意义。近年来,通过引入野牦牛基因对家牦牛进行复壮改良的研究发现,含有野牦牛基因的野血牦牛在体型特征、生产性能、遗传特性等方面,与家牦牛相比均显著提高,显示了野血牦牛强大的遗传潜力10-12。研究野血牦牛血液代谢物成分及其与家养牦牛的比较,有助于理解高原适应性机制,同时也有助于鉴定在自然选择压力下,高原物质长期适应性进化而形成的特殊药用价值及功能成分,为拓宽抗高原药物筛选提供依据。1 材料与方法1.1 动物与样品制备在西藏阿里市改则县收集家养母牦牛
15、 5头(J组)及具有25%50%野血牦牛血统的母牦牛5头(Y组)。野血牦牛是家养牦牛与纯野血牦牛杂交的子一代,以及含有50%野血牦牛血统的母牦牛与家养公牦牛的子一代,野血牦牛样本为本项目组持续跟踪牦牛个体。采集静脉血5 mL,37 静置2 h后,4 000 r/min,4 条件下离心 10 min,吸取上清液得到澄清血清,随即转置80 超低温冰箱。1.2 试验样品测定从-80 冰箱中取出样品于冰上解冻至完全融化;涡旋振荡10 s混匀,取样本50 uL加入至离心管中,加入300 uL纯甲醇内标提取液;涡旋3 min并于 12 000 r/min,4 条件下离心 10 min;吸取上清液 200
16、uL到另一个离心管中,20 冰箱中静置30 min;12 000 r/min,4 条件下再离心 3 min;取150 uL上清液于对应进样瓶内衬管中,用于上机分析。数据采集仪器系统利用串联质谱(Tandem mass spectrometry,MS/MS)AB sciex qtrap 6500(QTRAP,美国)13-14。数据测定及质控委托武汉迈特维尔生物科技有限公司(武汉)执行。1.3 差异代谢物分析与功能注释代谢组学数据采取fold change和OPLS-DA模型15-17的VIP值相结合的方法来筛选差异代谢物。筛选标准,选取fold change2和fold change0.5的代谢
17、物。代谢物在对照组和实验组中差异为2倍以上或 0.5以下,且选取 VIP1的代谢物。VIP值表示对应代谢物的组间差异在模型中各组样本分类判别中的影响强度,一般认为VIP1的代谢物则为差异显著。2 结果与分析在10个样本中,共鉴定到574个代谢相关化学衍生物质,其中比例最高的是有机酸及其衍生物(98/574)、核苷酸及其代谢物(43/574)、酰基肉碱(55/574)、氨基酸及其衍生物(90/574)等,比例最低的为胆碱类(胆碱)、甘油二酯(亚油酸甘氨酸)、磷脂酰乙醇胺(磷脂酰肌醇)类等,且仅有单类物质检出。组间差异比较结果显示,共计21种代谢物质存在组间差异。野血牦牛较家养牦牛血清中有7类化学
18、代谢物质显著上调,包括邻甲氧基苯甲酸、9,12十八碳二烯酸、3,4,5-三甲氧基肉桂酸、皮质醇、1,2十二烷酰PC、5-甲氧基色胺和L-亮氨酰-L-缬氨酸。14类显著下调,如5-羟基吲哚-3-乙酸、前列腺素E2、氧化三甲胺、羟基二十碳五烯酸等(表1)。功能富集结果显示,共有7个化学衍生物(5-羟基吲哚-3-乙酸、鸟苷、尿素、前列腺素E2、皮质醇、5-甲氧基色胺、3-甲基吲哚)富集于31个KEGG信号通路,并归为组织系统(Organismal Sysyems)、代谢(Metabolism)、人类疾病(Human Disease)、环境信息过程(Environmental Information
19、Processing)4类。其中值得注意的是大量与代谢相关通路被富集,如嘌呤代谢(Purine metabolism)、色氨酸代谢(Tryptophan metabolism)、花生四烯酸代谢(Arachidonic acid metabolism)、脂肪细胞中脂解的调节(Regulation of lipolysis in adipocytes)、精氨酸和脯氨酸代谢(Arginine and proline metabolism)及生物素代谢(Biotin metabolism)等。除此之外。还包括大量免疫类及疾病信号通路,如人类巨细胞病毒感染(Human cytomegalovirus i
20、nfection)、人乳头状瘤病毒感染(Human papillomavirus infection)、癌症的 045试验研究2024年第1期西 藏 农 业 科 技途径(Pathways in cancer)、类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis)、螺旋杆菌感染中的上皮细胞信号传导(Epithelial cell signaling in Helicobacter pylori infection)等(图1)。3 讨论众所周知,5-甲氧基色胺作为褪黑素的前体物质,对动物的繁殖性能具有显著的影响。Mura等18对绵羊注射MLT处理,发现MLT可有效提高绵羊的生育率;张苗蕊 19
21、 在蛋鸡日粮中添加 mg/kg褪黑素后,生殖激素相关基因表达量显著提高;宋超20给母鼠补饲MLT后,发现母鼠的卵巢卵泡数、平均产仔数明显提高,闭锁卵泡的数量明显降低。Murato lu等21给雄性大鼠注射MLT后发现处于衰表1 野血牦牛F1代较家养牦牛血清中显著差异表达的化学衍生物及活性物质数据库代码MEDN0090MEDN0160MEDN0263MEDN0793MEDN1069MEDN1077MEDN1119MEDN1126MEDN1284MEDP0084MEDP0086MEDP0289MEDP0575MEDP0831MEDP0889MEDP1096MEDP1157MEDP1460MEDP1
22、467MEDP1476MEDP1506化学组成C8H8O3C10H13N5O5C10H9NO3C20H32O5C18H28O2C24H40O5C19H28O2C24H40O5C23H42NO7PC3H9NOCH4N2OC12H14O5C9H14N4O5C3H9NOC21H30O5C28H56NO8PC9H9NC20H28O3C10H15N3O4C11H14N2OC11H22N2O3中文名称邻甲氧基苯甲酸鸟苷5-羟基吲哚-3-乙酸前列腺素E29,12十八碳二烯酸-鼠胆酸反式脱氢松香酮-鼠胆酸溶血磷脂酰乙醇胺 18:3氧化三甲胺尿素3,4,5-三甲氧基肉桂酸阿卡地新DL-1-氨基-2-丙醇皮质醇1
23、,2-十二烷酰PC3-甲基吲哚羟基二十碳五烯酸5-甲基-2-脱氧胞苷5-甲氧基色胺L-亮氨酰-L-缬氨酸VIP值1.6366421.1678951.0200161.6458271.9409881.7120881.7289621.6835611.8841622.1149221.5363031.0581571.321272.1149221.5313871.4456681.5986171.16891.4468441.6094241.475196Fold_Change值2.5211180.0001740.4698180.4279042.325990.2308810.4815370.4396920.46
24、97650.1568970.356424.1788760.3920020.1568972.233026.2009890.3960420.0001130.246182.192894.392556Log2FC值1.334064-12.487-1.08982-1.224641.217845-2.11478-1.05428-1.18543-1.08999-2.67211-1.488352.063115-1.35107-2.672111.1589962.632498-1.33628-13.1068-2.022211.1328332.135061上/下调上调下调下调下调上调下调下调下调下调下调下调上调下调
25、下调上调上调下调下调下调上调上调图1 野血牦牛较家养牦牛血清中显著差异表达的化学衍生物的KEGG功能富集Percent/%0462024年第1期 试验研究西 藏 农 业 科 技老期的雄性大鼠睾丸重量下降速度变缓,睾丸分泌睾酮水平显著升高。本试验结果发现,阿里野血牦牛中5-甲氧基色胺含量显著高于家养牦牛,表明野血牦牛可能比家养牦牛更具有理想的生殖能力。Wang等22在短期高脂喂养(高脂喂养)的小鼠中发现,添加-3多不饱和脂肪酸可逆转肝脏中脂质的积累,短期 HFD 降低了血浆中羟二十碳五烯酸(HEPEs)和环氧二十碳四烯酸(EEQs)的含量,3HFD显著提高了血浆中HEPEs和环氧二EEQs的含量
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