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项目文章Food Chem (IF 9.231) 青海大学利用非靶+靶向代谢组学研究不同饲养方式对藏羊肌肉品质的影响

2022-09-28
中科新生命
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藏羊原产于西藏高原,是青海省畜牧业的支柱产业。藏羊肉具有营养丰富、口感好、香气浓郁、羊肉膻味淡等优点。随着我国为保护草地生态系统而实行的限制退化草地放牧甚至禁止草地放牧等一系列政策的实施,以及人们生活水平提高带来的市场需求的增加,羊的饲养方式逐渐向室内饲养发展。不同的饲养方式通常会影响羊肉的品质,然后目前很少有报道研究不同饲养条件下藏羊肉质的调控机制,特别是肌肉代谢与肉质食用品质、营养品质和风味的关系。

2022年4月,青海大学韩丽娟老师团队在Food Chemistry(IF 9.231)上发表了题为“Effects of different feeding regimes on muscle metabolism and its association with meat quality of Tibetan sheep”的文章。文章结合非靶向代谢组和靶向代谢组技术研究了两种饲养方式下藏羊肌肉代谢的差异,并与肉质表型数据进行相关性分析,从而有助于阐述两种饲养方式下藏羊肉质的差异。本研究旨在为提高室内饲养藏羊的肉质和养殖业效益提供基线信息,从而促进青海省畜牧业和经济的发展,同时加快由传统放牧向圈养的饲养方式转变,维护生态平衡。中科新生命参与了该研究中非靶向代谢组和靶向代谢组(氨基酸、脂肪酸)检测的相关工作。

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 研究材料

藏羊腰最长肌(LL)



 技术路线

步骤1:肉质品质分析,畜舍饲养组肉质品质优于放牧组;

步骤2:非靶向代谢组分析,筛选关键差异代谢物,以氨基酸和脂肪酸为主;

步骤3:靶向代谢组验证分析;

步骤4:肉质参数与代谢物之间的相关性分析。



 研究结果

1. 肉质品质分析

作者研究了包括畜舍饲养组(GBZ)和传统放牧组(CBZ)的两种饲养方式对藏羊肉质品质的影响。肉质品质分析涉及肉的食用品质、营养品质和风味化合物。研究发现与CBZ组相比,在肉的食用品质分析中,GBZ组的剪切力、蒸煮损失、滴水损失、LL的弹性和咀嚼性较高;肉的营养品质分析中,GBZ组藏羊LL的水分和灰分含量无差异,但脂肪和蛋白质含量较高(P < 0.01);挥发性风味化合物分析中,GBZ组中醇类和总挥发性风味化合物的百分比较高,而庚酸和癸酸的百分比较低。结果表明不同饲养方式会影响肉的品质,且GBZ组优于CBZ组。


2. 非靶向代谢组分析

通过统计学分析,发现不同饲养条件下藏羊肌肉的代谢模式发生了变化,组间能够明显区分(图1)。其中,在负离子检测模式下筛选出34种差异代谢物(VIP>1.0,P<0.05),与CBZ组相比,GBZ组上调代谢产物包括糖、氨基酸及相关代谢物,而下调代谢产物包括脂肪酸及其相关代谢物。接着对正负离子筛选出的差异代谢物进行KEGG通路分析,受不同饲养方式影响的代谢途径主要包括膜转运、碳水化合物代谢、脂质代谢、氨基酸代谢和核苷酸代谢等(图2)。对KEGG代谢通路整体变化分析中,在GBZ组中22种代谢途径整体表达情况偏高,6种代谢途径整体表达情况偏低。上调的代谢途径主要包括嘌呤代谢、半乳糖代谢、蛋白质和矿物质的消化和吸收以及七种氨基酸的代谢等,而下调的代谢途径包括三种脂肪酸的代谢(图3)

不同饲养方式对LL中氨基酸代谢的影响非常显著,这反映在GBZ组ABC转运体和氨酰tRNA生物合成的上调上,氨基酸生物合成涉及8种不同的差异代谢物,受这些差异代谢物上调或下调影响的主要下游物质是一些必须氨基酸。此外,GBZ组的亚油酸代谢和不饱和脂肪酸的生物合成下调(图4)

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图1 统计学分析


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图2 KEGG通路富集分析

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图3 不同代谢途径的差异丰度评分图

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图4 氨基酸(a)和脂肪酸(b)代谢相关变化展示


3.  靶向代谢组分析

基于非靶向代谢组学研究,发现大多数丰富的差异代谢途径属于氨基酸和脂质代谢。因此,对氨基酸和脂肪酸相关物质进行了靶向代谢组学研究。结果发现,两种饲养方式下藏羊LL中总氨基酸、非必需氨基酸、饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸的含量没有差异,但GBZ组藏羊LL中必需氨基酸的含量较高,多不饱和脂肪酸含量较低(P<0.01),这与非靶向代谢组结果相一致。


4. 肉质参数与代谢物之间的相关性分析

为了探讨不同饲养条件下藏羊肌肉代谢与肉质的关系,对表型数据和非靶向代谢组学结果进行了相关性分析。结果显示肉质和肌肉代谢之间存在很强的相关性。特别是剪切力、蒸煮损失和滴水损失与腺苷和花生四烯酸呈正相关,与L−天冬酰胺、L−谷氨酸和L− 色氨酸呈负相关。此外,弹性、咀嚼性、蛋白质和脂肪含量与花生四烯酸呈负相关,与D−果糖,L−天冬酰胺,L−谷氨酸和L−色氨酸呈正相关。因此,脂肪细胞脂肪分解和蛋白质消化吸收的调节对肉类的食用和营养品质有显著影响。对于肉类风味,嘌呤代谢和半乳糖代谢是主要的调节途径。从这些分析中可以看出,代谢组学结果与肉质参数一致。

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图5 肉质参数与代谢物之间的相关性热图



 小结

研究结果表明,畜舍饲养组藏羊肉的营养品质(包括蛋白质和脂肪含量)、肉的食用品质(包括嫩度、保水性和质地)以及肉的风味较好。在GBZ组,关键上调代谢产物和代谢途径以必需氨基酸和氨基酸代谢为主,关键下调代谢产物和代谢途径以多不饱和脂肪酸和脂质代谢为主。相关性分析表明,非靶向代谢组学结果与剪切力、蒸煮损失、滴水损失、咀嚼力、弹性、风味、蛋白质和脂肪含量等表型数据存在显著相关性。综上所述,畜舍饲养适合生产藏羊肉,通过改变肌肉代谢和增加肌肉中有益化合物的积累,提供更好的口感和更高的营养。


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