李子欣 尤麗琴 羅瑞明 苑昱東 趙曉策 姬琛
摘 要:以冷鮮灘羊肉為研究對象,應(yīng)用同位素標(biāo)記相對和絕對定量(isobaric tags for relative and absolute quantitation,iTRAQ)技術(shù)以及液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù),尋找與灘羊肉中風(fēng)味前體物質(zhì)形成及調(diào)控相關(guān)的差異蛋白質(zhì)。對宰后0~12 d的灘羊肉進行定量分析,結(jié)合數(shù)據(jù)庫搜索,鑒定和篩選可信蛋白質(zhì)及差異蛋白質(zhì)。結(jié)果表明:3 組灘羊肉樣品中共鑒定到814 個蛋白質(zhì),0 d/4 d組發(fā)現(xiàn)159 個差異蛋白質(zhì),4 d/8 d組發(fā)現(xiàn)151 個差異蛋白質(zhì),8 d/12 d組發(fā)現(xiàn)151 個差異蛋白質(zhì);對各比對組的差異蛋白質(zhì)進行分析發(fā)現(xiàn),糖原磷酸化酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶、甘油醛-3-磷酸脫氫酶等21 個蛋白質(zhì)可能與灘羊肉的風(fēng)味前體物質(zhì)及其風(fēng)味表達的差異有關(guān)。
關(guān)鍵詞:冷鮮灘羊肉;同位素標(biāo)記相對和絕對定量技術(shù);風(fēng)味前體物質(zhì);差異表達蛋白質(zhì)
Abstract: In this study, chilled Tan sheep meat was analyzed by isobaric tags for relative and absolute quantitation (iTRAQ) and liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) in order to identify the differential proteins related to the formation and regulation of flavor precursors in Tan sheep meat. Quantitative analysis of Tan sheep meat from 0 to 12 days after slaughter was carried out, and credible proteins and differential proteins were screened out and identified via database search. A total of 814 proteins were identified in three comparative groups of meat samples. A total of 159 differential proteins were found between 0 and 4 days postmortem, and 151 both between 4 and 8 days, and between 8 and 12 days. By analyzing these groups of differential proteins, it was found that 21 proteins, such as glycogen phosphorylase, triose phosphate isomerase and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, might be related to the variability of flavor precursors and flavor expression in Tan sheep meat.
Keywords: chilled Tan sheep meat; isotope marker relative and absolute quantitative technique; flavor precursors; differentially expressed proteins
DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20190226-036
中圖分類號:TS251.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-8123(2019)05-0007-06
引文格式:
李子欣, 尤麗琴, 羅瑞明, 等. 灘羊肉風(fēng)味形成中重要蛋白質(zhì)的解析[J]. 肉類研究, 2019, 33(5): 7-12. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20190226-036.? ? http://www.rlyj.net.cn
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色、香、味、質(zhì)構(gòu)是評價羊肉及其制品品質(zhì)的重要指標(biāo),對其評定方法多有研究,但從微觀水平闡述其形成機理,特別是在屠宰后、加工熟制、殺菌、保藏中發(fā)生的微觀水平變化與品質(zhì)改變宏觀表現(xiàn)之間的關(guān)系缺乏機理性的研究[1-3]。目前,針對肉類和肉類產(chǎn)品的評價主要在顏色、香味、味道和質(zhì)地方面進行評估。對肉品風(fēng)味物質(zhì)的研究還停留在滋氣味物質(zhì)的分析鑒定,對其來源尚不清楚,關(guān)于反應(yīng)過程中的前體物質(zhì)和中間物質(zhì)尚不清楚;反應(yīng)中的反應(yīng)條件、調(diào)控因素及其形成機理并沒有進行深入研究,特別是灘羊肉貯藏加工中發(fā)生的微觀變化及其與宏觀表現(xiàn)的聯(lián)系尚缺乏深入研究[4-6]。
肉本身含有風(fēng)味前體化合物,其在加熱過程中經(jīng)歷一系列化學(xué)變化,形成肉味。風(fēng)味前體物質(zhì)是研究肉類風(fēng)味和肉質(zhì)重要組成部分的關(guān)鍵因素。一般來說,風(fēng)味物質(zhì)前體、中間體中的蛋白質(zhì)經(jīng)基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達生成,脂質(zhì)、糖類等合成不由基因直接控制,但合成酶由基因調(diào)控[7-9]。羊在宰殺后活體的生命活動停止,但器官、組織、細胞仍然存活一定時間,基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達與活體相比進入新的階段。新的蛋白質(zhì)推動著代謝物的變化,產(chǎn)生新的物質(zhì)及新的生命活動[10-12]。通過蛋白質(zhì)組學(xué)研究宰后基因轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達與風(fēng)味物質(zhì)前體、中間體的關(guān)聯(lián),是研究灘羊肉風(fēng)味物質(zhì)前體及中間體合成途徑及其調(diào)控機制的有效途徑,同時為代謝組學(xué)研究宰后組織代謝物與風(fēng)味物質(zhì)前體、中間體的關(guān)聯(lián)提供一定理論基礎(chǔ)[13-15]。
本研究以灘羊肉為研究對象,采用同位素標(biāo)記相對和絕對定量(isobaric tags for relative and absolute quantitation,iTRAQ)技術(shù)以及多維液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù),對不同貯藏期的鹽池灘羊肉進行定量分析,鑒定和篩選出差異蛋白質(zhì),找出差異蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)前體、中間體的關(guān)聯(lián),為進一步研究灘羊肉屠宰后的代謝生化反應(yīng)提供理論參考。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
樣品來自寧夏鹽池縣大夏牧場食品有限公司,所取樣本均來自現(xiàn)宰殺的鹽池灘羊。采集貯藏溫度4 ℃、相對濕度為85%的灘羊背最長肌200 mg,封裝于滅菌冷凍管中待用。采樣周期為3 d,即采樣時間點為0、4、8、12 d,每組樣本做3 個平行。
尿素(分析純)、二硫蘇糖醇(dithiothreotol,DTT,色譜純)、碘乙酰胺(iodoacetamide,IAA,色譜純)、甲酸(formic acid,F(xiàn)A,色譜純) 美國GE公司;十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfonate,SDS,色譜純)、三羧基氨基甲烷(tricarboxyl aminomethane,Tris,色譜純)、三氯乙酸(three chloroacetic acid,TCA,色譜純)、過硫酸銨(ammonium persulfate,AP,色譜純)、四甲基乙二胺(tetramethylethylenediamine,TEMED,色譜純)
美國Amresco公司;三乙二胺碳酸鹽(triethylenediamine carbonate,TEAB,色譜純)、考馬斯亮藍G-250(色譜純) 美國Sigma公司;胰蛋白酶(色譜純) 美國Promega公司;乙腈(acetonitrile,ACN,色譜純)、水(分析純) 美國Thermo公司。
1.2 儀器與設(shè)備
Sciex Triple TOF 5600質(zhì)譜儀(配備納升噴霧Ⅲ離子源)、Eksigent nano LC-1D plus液相系統(tǒng)(Analyst TF 1.6數(shù)據(jù)處理軟件) 美國Sciex公司;Eppendorf冷凍離心機 德國Eppendorf公司;Image Scanner掃描儀 美國GE Healthcare公司;EXF32086A真空冷凍干燥機 美國Thermo公司;VCX130超聲波細胞粉碎機 美國Sonics公司;Mini PROTEAN tetra Cell電泳儀 美國Bio-Rad公司。
1.3 方法
1.3.1 樣品的制備
取適量冷凍樣品,轉(zhuǎn)移至1.5 mL離心管中,加入500 μL
SDS裂解液,之后加入蛋白酶抑制劑,使其最終濃度為0.001 mol/L;使用勻漿器將肌肉組織打碎,冰上超聲破碎功率為80 W,超聲破碎1.0 s,封閉1.0 s,持續(xù)3 min;將溶液在室溫條件下15 000×g離心15 min,取上清液,再次離心取上清液;加入5 倍體積的預(yù)冷卻丙酮搖勻并混合,在-20 ℃條件下沉淀過夜;4 ℃、12 000×g離心10 min,收集沉淀;加入適量的預(yù)冷丙酮搖勻,混合,4 ℃、12 000×g離心15 min,收集沉淀,重復(fù)此步驟1 次;常溫干燥后(3 min左右),溶解于樣品裂解液中,室溫溶解3 h;將溶液在室溫條件下12 000×g離心10 min,取上清液,再次離心取上清液;上清液是組織的總蛋白質(zhì)溶液,測定并記錄蛋白質(zhì)濃度,-80 ℃貯藏使用。
1.3.2 蛋白質(zhì)濃度的測定
采用BCA蛋白質(zhì)濃度測定方法[16]。
1.3.3 十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electropheresis,SDS-PAGE)
取含有15 μg蛋白質(zhì)的樣品溶液,采用12%凝膠的SDS-PAGE進行分離;用考馬斯亮藍染色法分離凝膠,采用Candiano等[17]的方法進行染色。具體操作如下:固定2 h、染色12 h、水洗至背景清晰;染色后的凝膠應(yīng)用ImageScanner掃描儀進行掃描,掃描模式為全彩模式,光密度值為300 dpi。
1.3.4 胰蛋白酶酶解及標(biāo)記
參考Wisniewski等[18]的方法酶解蛋白質(zhì):1)蛋白質(zhì)定量后每個樣品各取含有100 μg蛋白質(zhì)的樣品溶液,于10 K的超濾管中,加入120 μL還原劑緩沖液(含0.01 mol/L?DTT、0.008 mol/L尿素和0.1 mol/L TEAB,pH 8.0),60 ℃反應(yīng)1 h;2)加入IAA至終濃度為0.05 mol/L,室溫避光反應(yīng)40 min;3)4 ℃、12 000 r/min離心20 min,棄掉收集管底部溶液;4)加入100 μL 0.1 mol/L TEAB緩沖液,12 000 r/min離心20 min,2 次;5)更換新收集管,在超濾管中加入100 μL的100 mmol/L TEAB緩沖液,并加入2 μL 1 μg/μL的測序級胰蛋白酶溶液,37 ℃反應(yīng)12 h;6)12 000 r/min離心20 min,收集酶解后肽段,在超濾管中再加入50 μL 0.1 mol/L TEAB緩沖液,12 000 r/min離心20 min,收集管底溶液并凍干;7)向凍干樣品中加入100 μL 0.1 mol/L TEAB緩沖液,渦流混勻,取出40 μL樣品于1.5 mL EP管中進行標(biāo)記反應(yīng);8)從冰箱中取出iTRAQ試劑,平衡到室溫,將iTRAQ試劑離心至管底,加入200 μL異丙醇,渦流混勻,離心,重復(fù)1 次;9)取100 μL iTRAQ試劑加到樣品中,渦流混勻,室溫放置2 h;10)加入200 μL水終止反應(yīng)30 min,凍干后于-80 ℃保存。
1.3.5 反相色譜分離
液相色譜儀:Agilent 1100 HPLC;色譜柱:Agilent Zorbax Extend-C18窄徑柱(2.1 mm×150 mm,5 μm);檢測波長:紫外210、280 nm;流動相A:ACN-H2O(2∶98,V/V);流動相B:ACN-H2O(90∶10,V/V);流速:300 μL/min;梯度洗脫條件:0~8 min,98%流動相A;8~8.01 min,98%~95%流動相A;8.01~38 min,95%~75%流動相A;38~50 min,75%~60%流動相A;50~50.01 min,60%~10%流動相A;50.01~60 min,10%流動相A;60~60.01 min,10%~98%流動相A;60.01~65 min,98%流動相A。收集8~50 min的樣品,依次每隔1 min收集洗脫液到1~10號離心管中;收集好后真空冷凍干燥,樣品冷凍保存待上質(zhì)譜。
1.4 數(shù)據(jù)處理
實驗數(shù)據(jù)采用ProteinPilot 5.0軟件(美國Sciex公司)進行分析,所用數(shù)據(jù)庫為來自于Uniprot的綿羊數(shù)據(jù)庫。
2 結(jié)果與分析
2.1 蛋白質(zhì)鑒定結(jié)果及整體分布分析
利用iTRAQ技術(shù)對宰后0~12 d的灘羊肉樣品經(jīng)質(zhì)譜分析及查庫,最終鑒定結(jié)果如表1所示。
對宰后0、4、8、12 d的4 組、12 份灘羊肉樣品中鑒定出的蛋白質(zhì)進行主成分分析。由圖1可知,同組灘羊肉中的蛋白質(zhì)呈現(xiàn)一定發(fā)散分布,有較好的重復(fù)性,不同組灘羊肉蛋白質(zhì)存在較為顯著的差異,實驗數(shù)據(jù)可行、有效,能夠用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。
2.2 差異蛋白質(zhì)分析
酶解標(biāo)記后的樣品利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)進行分析,分析后進行數(shù)據(jù)庫檢索;對檢索結(jié)果按照未使用片段>1.3且肽段≥1,并去除空白值和反庫數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)篩選可信蛋白,基于篩選出的可信蛋白(多組重復(fù)以均能鑒定到的可信蛋白結(jié)果為基礎(chǔ)進行分析),計算得到每一比較組的差異倍數(shù)值和差異顯著性P值,以差異倍數(shù)值>1.2或差異倍數(shù)值<5/6且P值<0.05為標(biāo)準(zhǔn)篩選差異顯著蛋白。
由表2可知,0 d/4 d組中篩選出1 066 個可信蛋白,4 d/8 d組中篩選出1 106 個可信蛋白,8 d/12 d組中篩選出1 084 個可信蛋白,3 組中均鑒定到的可信蛋白有814 個。差異顯著蛋白篩選結(jié)果為:0 d/4 d組篩選出159 個差異蛋白,4 d/8 d組篩選出151 個差異蛋白,8 d/12 d組篩選出154 個差異蛋白。此外,對各差異比較組的差異蛋白取并集,得到動態(tài)變化蛋白315 個,這部分蛋白可以較好地詮釋不同差異比較組中蛋白的表達模式。
2.3 多組數(shù)據(jù)韋恩圖分析
針對3 組實驗數(shù)據(jù),通過韋恩圖分析每組中差異蛋白的特性和共性,根據(jù)韋恩圖結(jié)果以及之前的實驗數(shù)據(jù),篩選得到3 組共有的差異蛋白及獨有的差異蛋白。
圖中數(shù)字表示交集蛋白質(zhì)數(shù)目,并且這些蛋白質(zhì)具有一定差異倍數(shù)。
由圖2可知,0 d/4 d組中獨有32 個差異顯著蛋白,4 d/8 d組中獨有36 個差異顯著蛋白,8 d/12 d組中獨有43 個差異顯著蛋白,3 組樣品共有的差異表達蛋白有75 個,后續(xù)研究以3 組共有的蛋白質(zhì)為主。
2.4 灘羊肉風(fēng)味前體物質(zhì)差異蛋白質(zhì)的篩選
在韋恩圖的基礎(chǔ)上找到3 組共有的差異蛋白75 個,在這75 個蛋白質(zhì)中,除去結(jié)構(gòu)性蛋白質(zhì)及功能性蛋白質(zhì),篩選出表達量變化大的蛋白質(zhì)(酶),對比其在3 組中相對含量的變化幅度,發(fā)現(xiàn)糖原磷酸化酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶、甘油醛-3-磷酸脫氫酶等20 個與風(fēng)味前體物質(zhì)有關(guān)的蛋白質(zhì)。
生肉是沒有香味的,生肉中的風(fēng)味前體物質(zhì),如糖類、氨基酸等,經(jīng)過加熱發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),最終產(chǎn)生肉的特殊香味。風(fēng)味前體物質(zhì)大多來源于碳代謝、糖代謝、蛋白質(zhì)代謝等生理代謝活動,代謝通路包括糖酵解/糖異生、氧化磷酸化、丙酮酸代謝及氨基酸生物合成等。由表3可知,糖原磷酸化酶[19]、磷酸丙糖異構(gòu)酶[20]、
磷酸丙酯異構(gòu)酶[21]、甘油醛-3-磷酸脫氫酶[22]、磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸變位酶[23]及烯醇化酶均參與糖酵解/糖異生代謝通路;磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸變位酶、烯醇化酶、磷酸葡萄糖苷酶、蛋白磷酸酶及3-磷酸甘油酸脫氫酶[24]均參與氧化磷酸化代謝通路;丙酮酸激酶[25]、鈣轉(zhuǎn)運ATP酶[26]、核苷二磷酸激酶、磷酸葡萄糖苷酶、蛋白磷酸酶及3-磷酸甘油酸脫氫酶均參與丙酮酸代謝通路;2-氧戊二酸還原酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶[27]、NAD+氧化還原酶、磷酸甘油氧化還原酶[28]、乙醛酸還原酶[29]、L-2-羥基羥酸脫氫酶及果糖二磷酸醛縮酶[30]均參與氨基酸生物合成代謝通路,這些酶通過調(diào)控不同代謝通路,影響風(fēng)味前體物質(zhì)的形成。
2.5 灘羊肉差異蛋白質(zhì)層次聚類分析
a. 0 d/4 d組;b. 4 d/8 d組;c. 8 d/12 d組;每個小方格表示每個蛋白,其顏色表示數(shù)據(jù)大小,數(shù)據(jù)越大顏色越深;每行表示每個蛋白在不同組中的表達量情況,每列表示每個組中所有差異蛋白的表達量情況;上方樹形圖表示對不同分組數(shù)據(jù)的聚類分析結(jié)果,左側(cè)樹狀圖表示對不同組蛋白數(shù)據(jù)的聚類分析結(jié)果。
針對多組數(shù)據(jù),通過表達模式聚類熱圖對每組中的差異點表達模式進行分析,熱圖是對實驗數(shù)據(jù)分布的直觀可視化方法,可以用來進行標(biāo)準(zhǔn)化后實驗數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制和差異數(shù)據(jù)富集后的定制化數(shù)據(jù)展示[31-32]。熱圖也可以對數(shù)據(jù)和樣品進行聚類,觀測樣品質(zhì)量,同時也可以根據(jù)表達譜對共表達數(shù)據(jù)進行分組。
本研究基于R語言進行表達模式聚類熱圖分析。由圖3可知,0 d/4 d、4 d/8 d、8 d/12 d組灘羊肉與風(fēng)味前體物質(zhì)相關(guān)的蛋白質(zhì)含量分布差異很明顯。根據(jù)蛋白質(zhì)的編號,對照表3進行后續(xù)分析。貯藏0~12 d內(nèi),差異表達蛋白質(zhì)的種類隨貯藏時間的延長總體呈下降趨勢。0 d/4 d組蛋白質(zhì)含量分布差異非常明顯。由圖3a可知,烯醇化酶、糖原磷酸化酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶、磷酸丙酯異構(gòu)酶、甘油醛-3-磷酸脫氫酶、磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸變位酶、丙酮酸激酶及蛋白磷酸酶等差異蛋白在4 d組的含量較高,而在0 d組的含量相對較低;由圖3b可知,3-磷酸甘油酸脫氫酶、2-氧戊二酸還原酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、磷酸甘油氧化還原酶、乙醛酸還原酶及L-2-羥基羥酸脫氫酶等差異蛋白在8 d組的含量較高,而在4 d組的含量相對較低。8 d是代謝活動的分水嶺,貯藏8 d后,代謝酶含量開始下降,與風(fēng)味前體物質(zhì)形成相關(guān)的代謝途徑關(guān)閉。
3 結(jié) 論
本研究選取寧夏灘羊羔羊肉為實驗樣品,應(yīng)用iTRAQ技術(shù)對宰后0、4、8、12 d的灘羊肉樣品進行差異蛋白質(zhì)分析,在整個數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中分析數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)分析包括可信蛋白質(zhì)篩選、差異蛋白質(zhì)篩選、主成分分析、韋恩圖分析及層次聚類分析。3 組樣品共篩選出差異蛋白質(zhì)464 個,根據(jù)聚類熱圖及韋恩圖分析篩選出75 個差異蛋白質(zhì);從上述差異蛋白質(zhì)中找到可能和灘羊肉風(fēng)味前體物質(zhì)有關(guān)聯(lián)的20 個差異蛋白質(zhì),分別為糖原磷酸化酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶、磷酸丙酯異構(gòu)酶、甘油醛-3-磷酸脫氫酶、磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸變位酶、烯醇化酶、丙酮酸激酶、鈣轉(zhuǎn)運ATP酶、核苷二磷酸激酶、磷酸葡萄糖苷酶、蛋白磷酸酶、3-磷酸甘油酸脫氫酶、
2-氧戊二酸還原酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、NAD+氧化還原酶、磷酸甘油氧化還原酶、乙醛酸還原酶、L-2-羥基羥酸脫氫酶和果糖二磷酸醛縮酶。
尋找差異蛋白質(zhì)有助于進一步探索宰后灘羊肉的代謝過程,了解肉類的風(fēng)味以及風(fēng)味物質(zhì)前體、中間體的來歷、反應(yīng)過程、反應(yīng)條件、調(diào)控因素及其形成機理。用蛋白質(zhì)組學(xué)研究屠宰后基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達與風(fēng)味物質(zhì)前體、中間體的關(guān)聯(lián),是了解灘羊肉風(fēng)味物質(zhì)前體及中間體合成途徑及其調(diào)控機制的有效方法。本研究為揭示冷鮮肉中差異蛋白質(zhì)形成之間的關(guān)系及研究冷鮮羊肉的代謝驅(qū)動提供了理論參考。
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收稿日期:2019-02-26
基金項目:國家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項目(31860427)
第一作者簡介:李子欣(1995—)(ORCID: 0000-0002-9591-7123),女,碩士研究生,研究方向為畜產(chǎn)品貯藏與加工。E-mail: 635872396@qq.com
*通信作者簡介:羅瑞明(1964—)(ORCID: 0000-0003-3704-0519),男,教授,博士,研究方向為畜產(chǎn)品貯藏與加工。E-mail: ruimingluo.nx@163.com