張 樂(lè),彭 燮,劉 揚(yáng),付常振,王洪寶,2*,昝林森,2*
(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,陜西楊凌712100;2.國(guó)家肉牛改良中心,陜西楊凌712100)
牛肉是我國(guó)傳統(tǒng)的高檔消費(fèi)肉類(lèi)制品,具有瘦肉多、脂肪少、蛋白高、膽固醇低等特點(diǎn),其必需氨基酸含量均衡,具有較多的維生素和微量元素,是人類(lèi)理想的食品之一[1]。衡量牛肉品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)是牛肉的大理石花紋含量。大理石花紋含量的多少主要由肌肉脂肪含量的多少?zèng)Q定。
脂肪酸結(jié)合蛋白(fatty acid-binding proteins,F(xiàn)ABPs)參與脂類(lèi)代謝和脂肪的沉積的調(diào)控,它的表達(dá)與肌內(nèi)脂肪含量有密切聯(lián)系。尤其是脂肪細(xì)胞型脂肪酸結(jié)合蛋白基因(adipocyte fatty acid-binding protein,A-FABP),研究表明A-FABP只在脂肪中表達(dá),對(duì)于脂肪的沉積可以在不同水平起到一定的調(diào)控作用[2-5]。Briggs等(1993)從Hela 細(xì)胞核中抽提純化出來(lái)的一種蛋白,它能夠和固醇調(diào)節(jié)元件蛋白相結(jié)合,故稱為固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白,即SREBP。它是動(dòng)物體內(nèi)脂肪合成的一個(gè)極重要的調(diào)節(jié)因子,通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)物體內(nèi)與脂肪生成相關(guān)的酶(生脂酶)的基因轉(zhuǎn)錄水平而調(diào)節(jié)這些酶的活性,從而控制體內(nèi)脂肪合成。大量研究己經(jīng)證實(shí),SREBPs在脂肪合成基因的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控中有著極其重要的作用[6-8]。
秦川牛是我國(guó)著名的地方黃牛品種,肉役性能突出,遺傳穩(wěn)定,適應(yīng)性強(qiáng),但也同時(shí)存在生長(zhǎng)速度較慢、脂肪沉積能力較弱等不足之處[9]。大連雪龍黑牛是以遼寧本地黃牛為基礎(chǔ),通過(guò)引進(jìn)利木贊和日本和牛進(jìn)行三元雜交而成的優(yōu)質(zhì)肉牛雜交組合[10],其脂肪沉積能力強(qiáng),肉質(zhì)鮮嫩,飽和脂肪酸低、膽固醇含量也低、不飽和脂肪酸高[11]。因此,揭示秦川牛與雪龍黑牛脂質(zhì)代謝的分子調(diào)控機(jī)制,可為應(yīng)用分子育種技術(shù)加快秦川牛的肉用選育和改良奠定基礎(chǔ)。
本研究利用qRT-PCR 檢測(cè)A-FABP基因和SREBP1基因在牛體內(nèi)不同組織中的表達(dá)特性,以及揭示這兩個(gè)基因在脂肪沉積能力存在顯著差異的秦川牛和雪龍黑牛脂肪、肌肉和肝臟組織中的表達(dá)差異,為優(yōu)質(zhì)肉牛品種的選育奠定理論基礎(chǔ)。
國(guó)家肉牛改良中心種質(zhì)資源庫(kù)-80℃保存的3月齡荷斯坦牛心臟、脾臟、肝臟、肺、腎、肌肉、脂肪、瓣胃、網(wǎng)胃、皺胃、瘤胃、大腸、小腸等13種組織,用于分析A-FABP和SREBP1的表達(dá)規(guī)律。
3頭30月齡左右大連雪龍黑牛閹牛和3頭30月齡秦川牛閹牛肌肉、脂肪、肝臟用于比較AFABP和SREBP1在脂肪沉積能力存在顯著差異的肉牛中表達(dá)差異。
1.2.1 不同品種牛組織總RNA 的提取和反轉(zhuǎn)錄
使用TRIzol法提取組織RNA(按照說(shuō)明書(shū)操作),并用瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)法和分光光度計(jì)檢測(cè)法進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。將符合要求的所提取的組織總RNA 用PrimeScript RT Master Mix反轉(zhuǎn)試劑盒進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄(總體積40μL∶8μL PrimeScript RT Master Mix,2μg總RNA,用RNase free dH2O 補(bǔ)足40μl),反轉(zhuǎn)錄程序:37 ℃,15min;85 ℃,5s;4℃(反應(yīng)需在冰上進(jìn)行)。得到的cDNA 置于-20℃冰箱冷凍保存。
1.2.2 引物設(shè)計(jì) PCR 擴(kuò)增所用引物全部根據(jù)GenBank 提供的有關(guān)mRNA 序列用PrimerPremier(5.0版)自行設(shè)計(jì),由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成。
表1 實(shí)時(shí)定量PCR 引物信息Table 1 Primers for genes
1.2.3 實(shí)時(shí)熒光定量技術(shù) 使用SYB?Premix Ex TaqⅡ試劑盒(TakaRa 公司產(chǎn)品)進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR,反應(yīng)總體系為20μL,其中包括SYB?Premix Ex TaqⅡ10μL,上游引物0.8μL,下游引物0.8μL,ROX Reference Dye(50X)0.4μL,模板2μL,水6μL。在7500Real Time PCR儀(ABI公司產(chǎn)品)上進(jìn)行反應(yīng)。PCR循環(huán)參數(shù):95℃預(yù)變性30s,95℃變性5s,60℃退火34s,循環(huán)40次,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。溶解曲線程序?yàn)椋?5℃,15s;60℃,1min;95℃,15s。
首先將樣品設(shè)置相同的閾值線(應(yīng)用SPSS16.0軟件計(jì)算重復(fù)樣品間Ct均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差),本研究分別以:(1)荷斯坦牛的肝臟組織中目標(biāo)基因的表達(dá)量為標(biāo)準(zhǔn)。(2)用待測(cè)候選基因的Ct值減去對(duì)應(yīng)組織內(nèi)參基因GAPDH 的Ct值就得到每種組織的ΔCt值,選擇ΔCt值最大的秦川?;蚴茄埡谂=M織作為標(biāo)準(zhǔn)。采用2-△△Ct方法處理數(shù)據(jù)[12],分析得到(1)目標(biāo)基因A-FABP和SREBP1 在荷斯坦牛13種組織中的表達(dá)情況。(2)目標(biāo)基因A-FABP和SREBP1在秦川牛和雪龍黑牛脂肪、肌肉和肝臟組織中的相對(duì)表達(dá)量。具體公式為:
ΔCT1=CTmean(對(duì)照組目標(biāo)基因)-CTmean(對(duì)照組GAPDH)
ΔCT2=CTmean(待測(cè)組目標(biāo)基因)-CTmean(待測(cè)組GAPDH)
RQ =2-(ΔCT2-ΔCT1)=2-△△CT
式中:mean代表均值;CTmean(對(duì)照組目標(biāo)基因)指的是對(duì)照組目標(biāo)基因的3個(gè)樣品的mRNA 平均表達(dá)量;CTmean(待測(cè)組目標(biāo)基因)指的是待測(cè)組目標(biāo)基因的3 個(gè)樣品的mRNA 平均表達(dá)量;RQ 值(Relative Quantification,相對(duì)定量)表示試驗(yàn)組目的基因的表達(dá)相對(duì)于對(duì)照組變化的倍數(shù)。所得到的的基因的相對(duì)表達(dá)量用SPSS16.0軟件進(jìn)行方差分析,P<0.05則認(rèn)為差異顯著。
以肝臟組織中目標(biāo)基因的表達(dá)量為參照,所有荷斯坦牛組織中目標(biāo)基因A-FABP相對(duì)表達(dá)量的分析結(jié)果見(jiàn)圖1,分析數(shù)據(jù)可得在3月齡荷斯坦牛13種組織中,A-FABP在脂肪組織中表達(dá)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他組織,在瘤胃,網(wǎng)胃,瓣胃和肺中有少許表達(dá),其他組織幾乎不表達(dá)。
以肌肉組織中目標(biāo)基因的表達(dá)量為參照,所有荷斯坦牛組織中目標(biāo)基因SREBP1的相對(duì)表達(dá)量見(jiàn)圖1,分析數(shù)據(jù)可知在3月齡荷斯坦牛13種組織中,SREBP1在脂肪組織中表達(dá)量最高,在腎,瘤胃和脾臟中有少許表達(dá),其他組織幾乎不表達(dá)。
通過(guò)數(shù)據(jù)分析A-FABP基因在雪龍黑牛和秦川牛的肌肉、脂肪、肝臟中的相對(duì)表達(dá)量可知如(圖2),A-FABP基因在雪龍黑牛肌肉和肝臟組織中的表達(dá)量顯著高于秦川牛的肌肉和肝臟(P<0.05),而在脂肪組織中,秦川牛和雪龍黑牛表達(dá)量無(wú)顯著差異(P>0.05)。
圖1 荷斯坦牛A-FABP和SREBP1組織表達(dá)差異分析A.A-FABP 基因各組織表達(dá)結(jié)果;B.SREBP1基因各組織表達(dá)結(jié)果;1.肌肉;2.脂肪;3.肝臟;4.心臟;5.肺;6.腎;7.脾臟;8.瘤胃;9.網(wǎng)胃;10.瓣胃;11.皺胃;12.大腸;13.小腸Fig.1 A-FABP and SREBP1expression difference in tissues of Holstein cattleChart A displayed the A-FABP gene expression in different tissues;chart B for that of SREBP1gene.1.Muscle;2.Fat;3.Liver;4.Heart;5.Lung;6.Kidney;7.Spleen;8.Rumen;9.Reticulum;10.Omasum;11.Abomasums;12.Large intestine;13.Small intestine
圖2 - 基因在秦川牛和雪龍黑牛肌肉脂肪和肝臟組織中的表達(dá)比較*表示差異顯著(P<0.05),**表示差異極顯著(P<0.01)。下同。Fig.2 A-FABP expression difference in muscle,fat,liver in Qinchuan cattle and Snowdragon cattle* marked sighificout difference amons given data(P<0.05).The same as below.
SREBP1基因在雪龍黑牛和秦川牛的肌肉、脂肪、肝臟中的相對(duì)表達(dá)量見(jiàn)圖3。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知,SREBP1基因在雪龍黑牛肌肉和肝臟組織中的表達(dá)量顯著高于秦川牛的肌肉和肝臟,而在脂肪組織中,秦川牛表達(dá)量顯著高于雪龍黑牛表達(dá)量(P<0.05)。
圖3 SREBP1基因在秦川牛和雪龍黑牛肌肉、脂肪和肝臟組織中的表達(dá)比較Fig.3 SREBP1expression difference in muscle,fat,liver in Qinchuan cattle and Snowdragon cattle
我國(guó)養(yǎng)牛歷史悠久,而且具有十分豐富的牛品種資源。然而據(jù)調(diào)查報(bào)告顯示,我國(guó)牛肉產(chǎn)量雖占世界第三,但出口量卻不及國(guó)際牛肉貿(mào)易量的1%[13]。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的牛肉中優(yōu)質(zhì)牛肉所占比重太小,在國(guó)際上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。值得人們關(guān)注的是現(xiàn)在的牛肉市場(chǎng)尤其是對(duì)口感鮮嫩多汁、大理石花紋豐富,并含有大量人體所需脂肪酸的優(yōu)質(zhì)高檔牛肉需求量與日俱增[14]。在亞洲,日本、韓國(guó)都育成了風(fēng)味獨(dú)特、肉質(zhì)細(xì)嫩、各具特色的和牛、韓牛,它們所產(chǎn)牛肉大理石花紋豐富,我國(guó)亟待解決的問(wèn)題是培育優(yōu)良的肉牛品種[15]。首先需關(guān)注我國(guó)肉牛品種的肉質(zhì)性狀改良進(jìn)程,而深層次探索與之相關(guān)的基因具有至關(guān)重要的意義。據(jù)目前研究證明A-FABP與SREBP1對(duì)調(diào)節(jié)脂肪代謝起著重要的作用。因而進(jìn)一步研究這兩種基因在脂肪代謝中的調(diào)節(jié)規(guī)律顯然有助于培育優(yōu)良的高檔牛肉品種。
A-FABP是脂結(jié)合蛋白超家族的成員[16]。FABPs家族的主要功能是與哺乳動(dòng)物的脂肪酸代謝有關(guān)[17]。目前對(duì)A-FABP基因的研究多數(shù)集中于對(duì)其分子結(jié)構(gòu)的研究上。而其在組織中相對(duì)表達(dá)量的差異主要在雞、鴨、豬上。例如,Armstrong等[18]對(duì)豬A-FABP基因的組織表達(dá)規(guī)律進(jìn)行差異分析,采用Real-Time PCR 方法檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)AFABP基因都只在脂肪組織中表達(dá)。王啟貴等[19]選擇周齡不同的雞的肝組織、腎臟組織、心臟組織、肺臟組織、脾臟組織、脂肪組織等15種組織,利用熒光定量PCR 和Northern blot 方法,檢測(cè)雞AFABP基因在上述組織中的表達(dá)規(guī)律,結(jié)果發(fā)現(xiàn)AFABP基因僅在雞脂肪組織中表達(dá)。李文娟等[20]以矮腳雞、白來(lái)航雞和北京油雞3種公、母不同和日齡各異的脂肪為材料,采用熒光定量PCR,檢測(cè)AFABP基因在所測(cè)組織中的相對(duì)表達(dá)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同的性別、不一樣的品種、不同的日齡對(duì)AFABP基因的表達(dá)量有顯著差異。張紅等[21]采用實(shí)時(shí)定量Real-Time PCR 法對(duì)鴨A-FABP基因在所采取的組織中的表達(dá)規(guī)律進(jìn)行差異分析。證實(shí)該基因在脂肪組織中表達(dá)量最高,在心臟、肌胃、肝等組織中均有少許表達(dá),而在其它組織中幾乎不表達(dá)。2009年,楊志剛等[22]對(duì)朗徳鵝的A-FABP基因的表達(dá)規(guī)律采用Real-Time PCR 方法檢測(cè)。研究表明,該基因在肝臟中的表達(dá)量最高,脂肪僅次于肝臟,腦組織中的表達(dá)量是所有組織中最少的一個(gè)組織。這些研究均證明A-FABP基因與脂肪的代謝有著密不可分的關(guān)系,但在不同的物種中該基因的表達(dá)量不同。本研究結(jié)果顯示A-FABP基因在荷斯坦牛脂肪組織中的表達(dá)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他組織。
SREBP-1的作用主要包括調(diào)控脂肪細(xì)胞的分化,以及類(lèi)固醇和脂肪酸的合成過(guò)程。SREBP-1基因可以直接調(diào)節(jié)脂肪沉積,還可參與脂肪生成相關(guān)基因的表達(dá)水平的調(diào)控,間接調(diào)節(jié)脂肪的生成。目前對(duì)SREBP-1基因的研究也主要集中在豬、雞、兔上。例如,2001年,Gondret等使用Northern印跡法對(duì)SREBPmRNA 豬、雞、兔的組織中的表達(dá)量在進(jìn)行檢測(cè)分析,預(yù)測(cè)SREBP-1和SREBP-2這兩個(gè)基因在肝臟和脂肪這兩種組織間的相對(duì)表達(dá)量的高低[23]。SREBP-1 mRNA 在兔的肝臟以及脂肪組織中從表達(dá)水平上看幾乎保持在一個(gè)水平,在雞的脂肪組織中SREBP-1 mRNA 的表達(dá)水平比在肝臟中低了近乎3 倍左右[24]。除此之外,SREBP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在脂肪代謝性疾病研究中起著重要的作用[25]。本研究檢測(cè)SREBP-1基因在牛的組織中的相對(duì)表達(dá)量,發(fā)現(xiàn)SREBP1基因在荷斯坦牛的所有組織中均有表達(dá),但在脂肪組織中表達(dá)量最高。
秦川牛和雪龍黑牛的選育代表了我國(guó)肉牛育種中兩種主流方法,秦川牛采用本品種選育,保持了其耐粗飼、抗逆性強(qiáng)、肉質(zhì)風(fēng)味獨(dú)特等優(yōu)良特性,雪龍黑牛是采用雜交育種方式獲得優(yōu)質(zhì)肉牛雜交組合,其生長(zhǎng)速度以及脂肪沉積能力顯著高于秦川牛。本試驗(yàn)旨在通過(guò)這比較A-FABP和SREBP1基因在秦川牛和雪龍黑牛中的表達(dá)差異,從而為確定影響牛肉質(zhì)性狀的候選基因奠定良好地基礎(chǔ)。本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)A-FABP基因在雪龍黑牛肌肉和肝臟組織中的表達(dá)量顯著高于秦川牛的肌肉和肝臟,而在脂肪組織中,秦川牛和雪龍黑牛表達(dá)量無(wú)顯著差異。SREBP1基因在雪龍黑牛肌肉和肝臟組織中的表達(dá)量顯著高于秦川牛的肌肉和肝臟,而在脂肪組織中,秦川牛表達(dá)量顯著高于雪龍黑牛表達(dá)量。研究結(jié)果均顯示A-FABP和SREBP1在脂肪中表達(dá)量最高,推測(cè)其在牛脂肪組織的脂質(zhì)代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用,對(duì)脂肪的沉積起到一定的調(diào)控作用,值得深入研究。
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