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猪营养学中的营养基因组学

新生仔猪补充矿物质和维生素可通过调节间充质干细胞和卫星细胞编程对骨骼发育和身体组成产生巨大影响。

星期一 18 12月 2017 (之前 8 月 1 天)
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猪业生产经济上的盈利和可持续发展与饲料效率密切相关。提高饲料效率最有效的方法之一是增加猪的瘦肉增长。在定义猪的营养需求方面的改进以及改善生长组成的遗传选择使得过去二十年中饲料效率得到了显着提高。随着研究全球基因表达变化技术的发展,对营养和遗传学之间的相互作用的兴趣增加。营养基因组学也称为营养基因体学,研究基因型特定营养需求以及营养素和基因之间的相互作用。了解营养和遗传学之间复杂的相互作用,提高饲料效率,对于确定提高生猪生产可持续性的新型干预措施至关重要。营养基因组学在仔猪中的应用尤为重要,因整个保育阶段的断奶前的生长对全程生长性能具有高度的预测性(Main等人,2004)。

营养基因组学和猪的生长

肌肉,脂肪和骨组织的发育相互交织,并通过营养动态调节,通过基因转录,蛋白质合成和表观遗传调节的改变而发生变化。超过40%的瘦肉体重由骨骼肌组织组成,其生长由蛋白质合成和降解速率决定(Rehfeldt等,2004)。脂肪组织遍布全身,是储存能量的重要组织。在整个生长过程中,骨骼不断地沉积和再吸收。营养程序通过基因“开”和“关”调节这些组织的生长。这些表观遗传修饰可以代代相传。目前的研究已表明,细胞增殖,分化和程序性细胞死亡全部受称为微RNA的小核糖核酸控制(Bengestrate等,2011)。了解饲喂不同日粮的猪的信使RNA和微RNA的变化可揭示调节猪生长的主要表观遗传标记。涉及全局基因表达分析的新技术可以揭示这些可能由一些关键RNA所支配的关键事件。了解这些营养介导的调节骨骼,脂肪和肌肉生长的基本机制对生猪生产的改善至关重要。

肌肉卫星细胞

肌肉包含自我更新的前体细胞池,负责动物一生的肌肉生长。这些卫星细胞驻留在肌肉纤维的外部,在适当的条件下,增殖并分化为肌肉。肌肉生长和大小由肌纤维的数量(增生)或大小(肥大)决定。出生后肌肉生长是一种增生性事件,骨骼肌纤维数量在出生时已定; 然而断奶前的营养缺乏可能会阻碍现有肌管伸长率,导致纤维数量减少(Rehfedlt等,2004)。即使膳食磷酸盐有一点限制(70%)也会影响新生仔猪的卫星细胞增殖和活性(图1),而那些饲喂充足磷酸盐日粮的仔猪具有较高的饲料转化率(Alexander 等 2012)。控制卫星细胞增殖和分化潜力的基因是确定营养物质全程瘦肉生长的复杂相互作用的完美标记。数个微RNA已被确定为卫星细胞编程的表观遗传标记和调节器。本文和其他研究证明了新生仔猪营养基因组学研究在猪场中的必要性和重要性。

膳食磷酸盐处理对控制卫星细胞增殖(Pax7)和分化的基因的影响

Dietary phosphate treatment effects on genes governing satellite cell proliferation (Pax7) and differenation
Dietary phosphate treatment effects on genes governing satellite cell proliferation (Pax7) and differenation

图1:膳食磷酸盐处理对控制卫星细胞增殖(Pax7)和分化的基因的影响(MyoD, Myogenin)。 相对基因表达(上图)和体外蛋白质(下图)(Alexander等,2012)。

间充质干细胞(MSCS)

断奶前生长部分由间充质干细胞(MSC)控制。 MSC拥有自我更新和多元化的能力。在适当的条件下,MSC可分化为骨,软骨和脂肪组织以及非胚层细胞如神经元,肝细胞,胰岛细胞和内皮细胞(Chen等,2004; Oswald等,2004; Pournasr等,2011; Tzeng等,2015)。MSCs的谱系分配受到营养信号的严格调控。通过营养计划操控MSC谱系分配成为改善猪生长性能的创新和重要途径。已证明膳食补充剂可调节MSC种群和活动。如对于骨骼发育和动物生产至关重要的激素 - 二羟基胆钙化醇[1,25(OH)2D3]刺激猪MSCs向脂肪细胞谱系分化(Mahajan和Stahl,2009)(图1)。同样,日粮钙水平对MSC活性和谱系分配也有很大的影响。过量的膳食钙补充显着增加了MSC的增殖并促进了MSC向成骨细胞分化(Li和Stahl,2014)。

这些研究表明,新生仔猪补充矿物质和维生素可通过调节MSC和卫星细胞程序对骨骼发育和身体组成产生巨大影响。未来的努力将集中在使用营养基因组学来鉴定和优化营养成分,以达到更高的猪肉产量和理想的肉质。

脂肪细胞中的中性脂质的油红O染色和成骨细胞样细胞的碱性磷酸酶染色(ALP)

Oil red O staining for neutral lipids in fat cells and alkaline phosphatase staining (ALP) in osteoblast-like cells
Oil red O staining for neutral lipids in fat cells and alkaline phosphatase staining (ALP) in osteoblast-like cells

图1:脂肪细胞中的中性脂质的油红O染色和对成骨细胞样细胞的碱性磷酸酶染色(ALP)。(Mahajan和Stahl,2009)。 二羟基胆钙化醇[1,25(OH)2D3]在分化后3天(A-C),9天(G-1)和12天(J-L)促进间充质干细胞脂肪的形成。然而它抑制了间充质干细胞的成熟(M-O)。

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