摘要
肉牛养殖属于节粮型畜牧业，是优质安全动物蛋白稳定供应的坚实保障。种业是畜牧业发展的芯片，也体现了现代畜牧业的核心竞争力。未来国产高品质牛肉将成为消费市场的主流。因此，肉牛种质创新和品种选育改良是育种工作者的首要目标。肌内脂肪（IMF）含量是影响牛肉品质的关键指标，直接影响牛肉嫩度、系水力、大理石花纹、风味、多汁性和食用价值。中国地方黄牛的IMF沉积能力较强，但与黑毛和牛还有一定差距。西北农林科技大学坚持秦川牛的本品种选育，培育出的秦川肉牛新品系（以下简称“秦川肉牛”）生产性能提升明显，但在开发利用和产业发展方面还面临严峻形势。解析肉牛IMF沉积的调控机制，对于改善肉品质和新品种培育具有指导作用。为筛选导致肉牛IMF沉积差异的关键分子，本研究采用了转录组、非靶代谢组和靶向代谢组（脂肪酸和氨基酸）的多组学策略对不同脂肪沉积能力的肉牛品种（黑毛和牛、秦川肉牛和南阳牛）背最长肌（眼肌），秦川肉牛不同部位（上脑、眼肌、里脊和外脊）IMF沉积的潜在调控机制进行了探究，挖掘到影响IMF沉积的关键基因和代谢物（芥酸），并以秦川肉牛的肌内前体脂肪细胞为试验材料，探究芥酸在肌内前体脂肪细胞分化中的功能及作用机制，并开展芥酸灌胃小鼠试验，解析芥酸对脂肪沉积的分子机制，为秦川肉牛的肉品质改良提供理论依据。取得的主要研究结果如下： 1. 不饱和脂肪酸含量及其调控是造成肉牛品种脂肪沉积差异的重要原因 IMF含量测定结果表明，24月龄黑毛和牛背最长肌的IMF含量（16.92±1.08%）显著高于秦川肉牛（13.38±1.08%）和南阳牛（12.35±1.22%）（Plt;0.05）；脂肪酸组成分析显示，黑毛和牛的总饱和脂肪酸含量与秦川肉牛没有显著差异（Pgt;0.05），但黑毛和牛总单不饱和脂肪酸与总多不饱和脂肪酸的含量分别是秦川肉牛的3.38倍和2.04倍，其中黑毛和牛的芥酸含量显著高于秦川肉牛（Plt;0.05）；氨基酸组成分析显示，肌酸、赖氨酸和谷氨酰胺是牛肉中含量最多的三种氨基酸，它们有助于牛肉风味的形成；此外，与IMF含量相关基因富集在四个重要的KEGG通路中，包括脂肪酸代谢、不饱和脂肪酸的生物合成、脂肪酸延伸和胰岛素抵抗；加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选到了关键基因ITGB1。 2. 不饱和脂肪酸代谢通路中的关键基因及芥酸直接参与调控IMF沉积 秦川肉牛肌肉中IMF含量较高，且不同肌肉部位IMF沉积存在差异，IMF含量由高到低依次为上脑（15.86±0.48 %）、背肌（14±0.76 %）、外脊（10.44±0.38 %）和里脊（8.67±0.48 %），且上脑组织与其他组织差异显著（P lt; 0.05）；非靶向代谢组分析显示，芥酸在上脑组织的含量最高（Plt;0.05），与IMF呈正相关；基于Pearson相关性计算基因表达水平与代谢物含量之间的相关系数（CC）和相关系数P值（CCP）筛选互作的基因和代谢物，联合分析结果显示，CCDC80 和 HOX 基因簇可能参与调控IMF沉积；不饱和脂肪酸代谢通路中的重要基因ACOX3、HACD2、SCD5和关键代谢物芥酸共同参与调控IMF沉积。 3. 芥酸以剂量依赖的方式促进牛肌内前体脂肪细胞分化和脂质积累 芥酸处理牛肌内前体脂肪细胞，芥酸浓度为10、50、100 μM均不影响PPARγ的表达量（Pgt;0.05），但以剂量依赖的方式提高了FABP4和CD36的mRNA表达水平（Plt;0.05），促进牛肌内前体脂肪细胞分化成脂；蛋白结果显示，PPARγ、FABP4和CD36的表达水平与对照组相比有所增加；转录组测序表明，差异基因显著富集在PPAR信号通路中，PTX3、CD36和FABP4的表达水平显著升高（Plt;0.05），并且这三个基因在黑毛和牛背最长肌中的表达水平高于秦川肉牛和南阳牛（Plt;0.05），同时在肌内前体脂肪细胞分化的时序中也有显著变化（Plt;0.05）；牛棕榈酰化CD36酶联免疫测定结果表明，在牛肌内前体脂肪细胞分化的过程中，CD36 的棕榈酰化水平呈现先增加后减少的趋势，芥酸添加不改变CD36的棕榈酰化水平（Pgt;0.05）。 4. 芥酸促进了小鼠骨骼肌IMF沉积 芥酸灌胃（剂量50 mg·kg-1）促进了小鼠胫骨前肌、腓肠肌和股四头肌的脂肪沉积，促进了小鼠胫骨前肌FABP4和CD36的蛋白表达水平；芥酸对小鼠体重、肌肉和脂肪组织的重量没有显著影响（Pgt;0.05），对脂肪组织细胞的大小没有影响，但促进了小鼠肝脏脂肪沉积和肥大；诱导小鼠小肠肠道功能障碍，改变了部分菌群的相对丰度；乳酸杆菌（Lachnoclostridium）与小鼠腓肠肌IMF含量呈显著负相关，纤毛菌属（Leptotrichi）与IMF含量呈显著正相关（Plt;0.05）。 综上所述，本研究筛选到了与IMF含量显著正相关的关键代谢物芥酸，进一步证实了芥酸促进了牛肌内前体脂肪细胞分化成脂，促进了小鼠肌肉IMF沉积。本研究为肉牛肉品质改良的分子育种提供了科学依据和理论基础。
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