從江香豬與長(zhǎng)白豬血清代謝組學(xué)比較分析

摘 要：

本研究采用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)，分析了從江香豬與長(zhǎng)白豬的血清代謝組學(xué)差異，以探討代謝差異對(duì)其肉質(zhì)特性和生理功能的影響.通過主成分分析和正交偏最小二乘法，揭示了兩者在代謝物組成上的顯著差異，發(fā)現(xiàn)遺傳背景和飼養(yǎng)條件對(duì)代謝活動(dòng)的影響顯著.通過對(duì)篩選出的163種差異代謝物的富集分析，發(fā)現(xiàn)與長(zhǎng)白豬相比從江香豬在脂質(zhì)代謝（亞油酸代謝和初級(jí)膽汁酸生物合成）等關(guān)鍵通路中表現(xiàn)出亞油酸、13-L-過氧化氫亞油酸的上調(diào)和3α，7α-二羥基丙烷酸、糞甾烷酸的下調(diào).研究結(jié)果可為了解豬肉品質(zhì)差異提供代謝基礎(chǔ)，并為提高豬肉品質(zhì)和制定精準(zhǔn)飼養(yǎng)策略提供科學(xué)依據(jù).

關(guān)鍵詞：

從江香豬；長(zhǎng)白豬；代謝組學(xué)；脂質(zhì)代謝

中圖分類號(hào)：Q95 "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A "文章編號(hào)：1673-9329（2024）06-0010-05

在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中，豬肉的品質(zhì)會(huì)受到遺傳背景、飼養(yǎng)環(huán)境以及代謝活動(dòng)等多種因素的影響[1].近年來，隨著消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)豬肉的需求日益增加，研究不同豬種的代謝差異及其對(duì)肉質(zhì)特性的影響成為改善豬肉品質(zhì)和優(yōu)化飼養(yǎng)策略的重要手段[2].

代謝組學(xué)作為系統(tǒng)生物學(xué)的一部分，通過分析生物體內(nèi)小分子代謝產(chǎn)物的整體變化，能夠深入揭示不同基因型個(gè)體間的生理和病理差異[3].在豬的營(yíng)養(yǎng)與代謝研究中，血液代謝組學(xué)被廣泛用于探索不同飼養(yǎng)條件、遺傳背景及環(huán)境因素對(duì)豬體內(nèi)代謝過程的影響[4-6].

從江香豬以其細(xì)膩的肌肉纖維、獨(dú)特的風(fēng)味和較高的脂肪含量而著稱[7-8]，長(zhǎng)白豬則以瘦肉率高和生長(zhǎng)迅速為特點(diǎn)[9].通過對(duì)這兩種豬的血清代謝組學(xué)進(jìn)行比較分析，可以揭示其代謝活動(dòng)的差異，并進(jìn)一步探討這些代謝差異對(duì)肉質(zhì)形成及生理功能的潛在影響.

本研究利用非靶向代謝組學(xué)方法，分析從江香豬與長(zhǎng)白豬的血清代謝物組成，探討兩者在代謝路徑和差異代謝物上的具體表現(xiàn)，為豬肉品質(zhì)的改善和制定精準(zhǔn)飼養(yǎng)策略提供科學(xué)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)材料、儀器與試劑

1.1實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)選取12月齡的長(zhǎng)白豬（LAN組）和從江香豬（CX組）各10頭作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，各組內(nèi)動(dòng)物性別均為公豬，體重相近，均飼喂熟食（熟食以玉米、米糠、瓜果蔬菜等為主）.所有采樣的豬個(gè)體均攝食正常，處于健康狀態(tài).

1.2實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)儀器包括超純水純化系統(tǒng)（Flex3，ELGA LabWater）、4℃醫(yī)用低溫冰箱（HYC-290，海爾）、-80℃超低溫冰箱（902，Thermo Fisher Scientific）、超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（UltiMate 3000 Q-Exactive Focus，Thermo Fisher Scientific）、電子分析天平（CP224C，上海奧豪斯儀器）、高速低溫離心機(jī)（5810R，Eppendorf）、渦旋儀（SCI-VS，賽洛捷克）、冰浴超聲機(jī)（JP-L70C，上海繼譜電子）、氮吹儀（BYN100-3，上海秉越電子儀器）和移液器（2.5-5000 μL，Eppendorf）.實(shí)驗(yàn)試劑為甲醇（色譜級(jí)，Thermo Fisher Scientific公司）.

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1血清的采集和處理

用采血管采集血樣后顛倒搖勻，傾斜靜置1 h后，3500 r/min離心15 min，使用移液槍分裝300 μL血清于1.5 mL無菌無酶EP中，置于液氮中速凍淬滅，轉(zhuǎn)移至-80℃冰箱中保存.

2.2血清樣品提取

收集的20個(gè)血清樣本按照文獻(xiàn)[10]描述的方法并稍作修改進(jìn)行處理.具體步驟如下：樣品解凍后，渦旋2 min使其充分均質(zhì)，每組血清樣本取200 μL于無菌無酶EP管中，加入800 μL甲醇除去蛋白，渦旋2 min，14 500 rpm，4℃，離心15 min.取上清液1 000 μL，真空離心3 h，后面常溫下氮?dú)獯蹈?吹干后再加入200 μL甲醇（色譜級(jí)）∶超純水=1∶1復(fù)溶，渦旋2 min，冰浴超聲15 min，隨后14 500 rpm，4℃，離心15 min.轉(zhuǎn)移溶液用0.22 μm濾膜過濾置于進(jìn)樣瓶（帶有內(nèi)襯管）中，-80℃儲(chǔ)藏，待測(cè).

2.3質(zhì)控（QC）樣本制備

為了獲得可靠的數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)過程中需利用QC樣本來評(píng)估儀器系統(tǒng)的穩(wěn)定性.每個(gè)血清樣本取50 μL于1.5 mL無菌無酶EP中，混合均勻后經(jīng)上步處理過程提取，得到QC樣本.每4個(gè)樣本中插入1個(gè)QC樣本，以確保結(jié)果的重復(fù)性.

2.4上機(jī)檢測(cè)

使用賽默飛（Thermo Fisher Scientific）的UPLC-Orbitrap-MS/MS系統(tǒng)（Q-Exactive Focus， 美國(guó)）作為非靶向代謝組學(xué)檢測(cè)方法，檢測(cè)血清樣本的代謝譜[11].

2.5數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)通過Compound Discoverer 2.1軟件（賽默飛，美國(guó)）進(jìn)行處理，以生成包含保留時(shí)間（RT）、質(zhì)荷比（m/z）和峰強(qiáng)度的數(shù)據(jù)矩陣.相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）大于30%的代謝特征被排除在分析之外.隨后，在mzCloud和mzVault數(shù)據(jù)庫中搜索以識(shí)別代謝物.使用SIMCA-P 14.1軟件（Umetrics，Umea，Sweden）進(jìn)行主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）.執(zhí)行響應(yīng)置換檢驗(yàn)（RPT），以評(píng)估OPLS-DA模型的準(zhǔn)確性.此外，在OPLS-DA模型中計(jì)算了變量投影重要性（VIP）值，P值則采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)計(jì)算.以VIPgt;1和Plt;0.05及差異倍數(shù)FCgt;2或FClt;0.5的標(biāo)準(zhǔn)篩選差異代謝物.使用KEGG數(shù)據(jù)庫對(duì)差異代謝物進(jìn)行功能注釋，并利用MetaboAnalyst 6.0（https：//www.metaboanalyst.ca）將其映射到KEGG數(shù)據(jù)庫中查找差異代謝通路.

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 從江香豬與長(zhǎng)白豬血清代謝物多元變量分析

采用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)在血清樣本中檢測(cè)到684種代謝產(chǎn)物，使用主成分分析PCA圖評(píng)估了QC樣品的聚類（圖1）.PCA圖顯示QC聚類緊密，表明檢測(cè)過程中分析條件穩(wěn)定，重復(fù)性好.圖1顯示從江香豬（CX）和長(zhǎng)白豬（LAN）分別在坐標(biāo)軸的兩側(cè)，兩者明顯分開，說明兩組之間代謝物存在明顯的不同.

為了進(jìn)一步將兩者更好地區(qū)分開來，找到潛在的差異代謝物，又采用了正交偏最小二乘法（OPLS-DA）將樣本歸類分析，由圖2a可知，CX和LAN組內(nèi)代謝物存在明顯差異.R2Y和Q2的累積值分別為0.999和0.902，說明了模型的穩(wěn)定性和可靠性.此外，使用Permutation測(cè)試（RPT）方法評(píng)估模型的準(zhǔn)確度.如圖2b所示，R2=（0.0，0.973）和Q2=（0.0，-0.156）的值表明OPLS-DA模型具有良好的準(zhǔn)確性.

3.2 差異代謝物篩選

如圖3所示，使用VIPgt;1（277種代謝物）和Plt;0.05（169種代謝物）及FCgt;2或FClt;0.5（182種代謝物）的標(biāo)準(zhǔn)篩選出CX和LAN組之間的差異代謝物，共確認(rèn)了163種血清代謝物有明顯差異.

3.3 差異代謝物代謝通路的分析

根據(jù)以上差異代謝物映射到KEGG數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行代謝富集分析，將差異代謝通路選出來，對(duì)這些代謝通路和差異代謝物進(jìn)行相關(guān)性分析.如圖4所示，主要參與了4種代謝通路，亞油酸代謝、初級(jí)膽汁酸生物合成、酪氨酸代謝和嘌呤代謝，其中影響最明顯的是脂質(zhì)代謝中的亞油酸代謝和初級(jí)膽汁酸生物合成.

與LAN組相比，CX組在這兩條代謝通路檢測(cè)到血清亞油酸、13-L-過氧化氫亞油酸和甘氨酸脫氧膽酸上調(diào)，3α，7α-二羥基丙烷酸和糞甾烷酸下調(diào)（表1）.

4 討論

本研究通過比較從江香豬與長(zhǎng)白豬的血清代謝組學(xué)，揭示了兩者在代謝物組成上的顯著差異，進(jìn)一步闡明了這些差異在其肉質(zhì)特性和生理功能上的潛在影響.隨著消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)和健康豬肉需求的增加，這一研究不僅具有理論價(jià)值，還為養(yǎng)殖業(yè)提高豬肉品質(zhì)提供了科學(xué)依據(jù).

PCA和OPLS-DA模型均顯示了兩組豬之間明顯的代謝差異，這表明基于遺傳背景和飼養(yǎng)環(huán)境的差異導(dǎo)致了其體內(nèi)代謝活動(dòng)的不同[6].從江香豬以其優(yōu)質(zhì)的肉質(zhì)和獨(dú)特的風(fēng)味著稱，而長(zhǎng)白豬則以生長(zhǎng)速度快和瘦肉率高為優(yōu)勢(shì)，本研究結(jié)果對(duì)這些表型特征背后的代謝基礎(chǔ)進(jìn)行了探討.

代謝通路的富集分析表明，從江香豬和長(zhǎng)白豬的差異主要集中在脂質(zhì)代謝和氨基酸代謝等關(guān)鍵生理過程.例如，在亞油酸代謝和初級(jí)膽汁酸生物合成中，從江香豬表現(xiàn)出亞油酸、13-L-過氧化氫亞油酸等關(guān)鍵代謝物的上調(diào)，這可能與其較高的肉質(zhì)風(fēng)味及脂肪含量相關(guān)[12]；而長(zhǎng)白豬則顯示出更高的3α，7α-二羥基丙烷酸和糞甾烷酸，這可能與其較高的瘦肉率和較快的生長(zhǎng)速度相關(guān)[13].通過代謝物的調(diào)控，可以有針對(duì)性地開發(fā)具有特殊風(fēng)味的豬肉產(chǎn)品以滿足不同消費(fèi)者的需求，亞油酸和膽汁酸代謝的調(diào)控可為設(shè)計(jì)更健康的豬肉產(chǎn)品提供新的營(yíng)養(yǎng)策略.

綜上所述，本研究通過比較從江香豬與長(zhǎng)白豬的血清代謝組學(xué)，揭示了兩者在脂質(zhì)代謝方面的顯著差異，進(jìn)一步的研究可以結(jié)合基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，全面解析其肉質(zhì)特性形成的分子機(jī)制，從而為豬肉產(chǎn)業(yè)的高效生產(chǎn)和品質(zhì)提升提供更多的科學(xué)支持.

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[責(zé)任編輯：劉紅霞]

Comparative Analysis of Serum Metabolomics between Congjiang Xiang and Landrace Pigs

YANG Jiada， ZHANG Huan， CHEN Qing， LUO Hongya， YANG Kang

（Kaili University， Kaili， Guizhou， 556011， China）

Abstract：

The study used untargeted metabolomics technology to compare the serum metabolomics differences between Congjiang Xiang （CX） and Landrace （LAN） pigs， aiming to explore the impact of metabolic differences onmeat quality and physiological functions. Principal Component Analysis and Orthogonal Partial Least Squares-Discriminant Analysis revealed significant differences in metabolite composition， indicating a notable influence of genetic background and feeding conditions on metabolic activity. Enrichment analysis of 163 significantly different metabolites showed that compared to LAN， CX exhibited upregulation in key pathways such as lipid metabolism （linoleic acid metabolism and primary bile acid biosynthesis）， including linoleic acid and 13-L-hydroperoxy linoleic acid， with downregulation of 3α，7α-dihydroxypropanoic acid and coprostanic acid. These findings provide a metabolic basis for understanding differences in pork quality and offer scientific evidence for improving pork quality and developing precise feeding strategies.

Key words：

Congjiang Xiang pig； Landrace pig; metabolomics； lipid metabolism