多组学在动物营养中的应用

动物营养学是一门阐述营养物质摄入与生命活动之间关系的学科，是沟通动物生物化学和动物生理学的桥梁，是应用生物化学、生物学、生理学、生物统计学等手段，研究养分的生理作用、营养功能、养分消化吸收、饲料营养价值，以及动物营养需要的一门应用基础学科，是研究整过食物链的能量平衡原理的基础学问。

营养素是生命要素,因之可构成机体、提供能量、修复组织及调节生理等。因此,营养素对动物繁殖、生长和发育非常重要。动物七大营养素为：碳水化合物、脂类、蛋白质、维生素、矿物质、水和膳食纤维。营养素功能可分为三大类：提供能量（碳水化合物、脂类、蛋白质）、促进生长与组织修复（蛋白质、维生素、矿物质）、调节生理功能（蛋白质、维生素、矿物质）。

对动物营养文章归纳发现动物营养主要研究可分为3个方向：饲料营养物质代谢及调控机理、营养干预对经济性状的影响、营养干预对动物健康的影响。

饲料营养物质代谢及调控机理主要利用微生物组学和代谢组学研究影响宿主代谢和生产性能的关键功能菌及其作用模式。本研究关注指标主要为：日采食量、日增重、饲料转化率、剩余采食量、SCFA（发酵参数）。

短链脂肪酸为非常重要指标，多是由结肠内厌氧菌利用低聚糖、非淀粉多糖、抗性淀粉等未消化碳水化合物发酵的主要产物，也是蛋白质降解和氨基酸发酵的主要产物。SCFAs的种类和数量受到发酵基质的数量、类型、降解速率、降解程度以及肠道菌群和宿主生理状态的影响，因此可反应饲料消化吸收情况。另迈维代谢可提供短链脂肪酸检测。

饲料营养物质代谢及调控机理一般推荐使用微生物组、代谢组和靶向代谢组进行研究。可对肠道内容物/粪便进行微生物组学、代谢组学检测，以研究饲料营养物质干预后微生物群落与自身代谢变化。也可对宿主体液和组织进行代谢组检测，以研究微生物群落代谢变化对宿主代谢影响。

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微生物、代谢组研究研究思路

微生物组-代谢组学分析研究膳食淀粉类型对肥育猪结肠微生物组成和代谢的影响

发表期刊：frontiers in Microbiology      

影响因子：6.064    

发表时间：2020

研究背景：

来自不同来源的膳食淀粉以不同的速率和不同程度影响消化和吸收，这取决于淀粉的物理化学性质，同时淀粉降解的速度、程度和部位可能对胃肠系统的生理功能和宿主的肠道健康产生不同的生理影响。含有较高直链淀粉含量的日粮可以增加肠道中的远端消化物质量、短链脂肪酸（SCFA）浓度和共生微生物种群，包括双歧杆菌属。SCFAs的增加，尤其是丁酸盐，对维持肠道健康具有许多重要的营养和生理作用。

研究思路：

研究结果：

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不同日粮猪结肠消化物中微生物门分类分析

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不同日粮猪结肠消化物中代谢物聚类分析

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不同日粮猪结肠消化物代谢物与微生物相关性分析

研究结论：

不同的膳食淀粉处理导致对结肠中微生物组成和代谢的不同反应。PS组（含有高比例的直链淀粉）显着增加了一些益生菌的丰度，同时与TS组（含有低直链淀粉比例）相比降低了大肠杆菌的丰度。同时，PS饮食增加了有机酸（SCFAs和乳酸）和一些常量营养素的浓度，并减少氨基酸及其衍生物。这些发现表明不同膳食淀粉来源对猪肠道微生物群落和代谢特征的显着影响。而这种日粮的改变能够改善猪生长的健康，对于实际生产应用提供了理论依据。

营养干预对经济性状的影响主要研究营养物质在动物体内的动力学变化，从而揭示其调控作用机理和营养代谢机制。此研究方向主要关注指标为色泽、香气、风味、营养特性、滴水损失和剪切力等多个方面，可根据分组设置对此指标进行检测。

营养干预对经济性状的影响可选择多组学进行研究，主要关注经济价值变化可选择代谢组、蛋白组，若进一步关注经济价值基因层次机制可添加转录组研究。通过多组学可了解营养干预后差异表达基因、蛋白质、代谢物，筛选目标基因、蛋白质、代谢物，以此阐述营养干预后经济性状变化机制。

蛋白组解析饲粮中添加番茄红素对羊肉储藏过程中肉质的影响

发表期刊：Antioxidants    

影响因子：7.675    

发表时间：2021

研究背景：

氧化反应不仅在活细胞中具有重要的功能，而且在死后肌肉的变化中也会发生，氧化反应会危及肉类的安全性、营养价值和货架期。滴水损失是肉制品质量的一个指标，滴水损失越大，肉的嫩度、多汁度和感官品质就会降低。膳食中添加番茄红素可以防止脂肪和蛋白质的氧化，增强颜色稳定性，增加抗氧化剂在羊肉贮藏过程中的积累，饲粮中添加番茄红素的抗氧化能力是否有助于控制肉类储藏过程中的滴水损失仍是未知的，且在贮存过程中涉及滴水损失的关键调控蛋白尚不清楚。

研究结果：

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CON组和LP组在第0天(A)、5天(B)和7天(C) DAPs显著富集的前20个条目

研究结论：

本试验中，饲粮中添加番茄红素可降低肉品在储藏过程中的滴水损失，提高屠宰后肉品中抗氧化酶活性和脂蛋白稳定性。基于肉类在储藏过程中的iTRAQ数据，鉴定了参与氧化磷酸化、碳代谢、柠檬酸循环(TCA循环)、蛋白酶体和心肌收缩通路的10个蛋白(NDUFS7、SUCLA2、SUCLG2、PSMC2、PSMA3、CACNB1、TPM3、TNNC1、MYL2和MYL4)。综上所述，饲粮中添加番茄红素可通过调控氧化酶、代谢酶、钙通道和结构蛋白的表达，提高宰后羔羊肉的抗氧化能力，减少储藏过程中的滴水损失。饲粮中番茄红素的适宜添加水平为200 mg/kg。

转录组和靶向代谢组分析为胆汁酸在羊肉脂肪沉积和肉质中的新作用和机制提供了见解

期刊：Food Research International

影响因子：7.425

时间：2022.09

研究背景：

较高能量的日粮饲喂用于改善育肥羔羊的生长性能和肌内脂肪，但也会适得其反，随着个体质量的增长，尾部和皮下脂肪组织中的体脂不断增加而肌内脂肪增加较少；胆汁酸是机体代谢的关键调节剂，不仅在脂质吸收方面，而且还作为信号分子，精细调节肝脏的组织间通讯，调节自身的代谢和合成，并在免疫反应中发挥关键作用；本研究对45只羊分为3组，对照组（CON）和两种胆汁酸处理组（BA1，主要为猪胆酸；BA2，主要为猪去氧胆酸），评估了胆汁酸对羊肉脂肪沉积的功能作用和机制。

研究思路：

研究结果：

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转录组PCA分析及差异基因火山图展示

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差异极影KEGG富集分析

研究结论：

本研究将45只羔羊分为三组，分别进行对照（CON）和两种胆汁酸处理（BA1、BA2）。与CON相比，BA1治疗不影响干物质摄入量、体重和平均日增重，但显著降低了体脂。与CON相比，BA2降低了尾部脂肪重量。BA1和BA2均显著降低了尾部脂肪率。三组样本血液抗氧化能力和免疫特性没有显著差异。RNA测序分析确定了CON和BA2之间46个差异表达基因。几种途径（包括脱铁和脂肪酸生物合成）以及核心基因（HSPA8、HIFIA、HEXB、ACSL6和MAP1LC3B）的变化与尾部脂肪重量或比例显著相关，可以作为与调节尾部脂肪相关的靶向基因标记。这项研究为胆汁酸的作用提供了新的见解，揭示了胆汁酸调节反刍动物脂肪分布的综合机制，并将有助于改善羊肉生产，减少皮下和尾部脂肪沉积。

在动物营养学的研究中，动物的健康是最基本和重要的要求，营养干预对动物健康的影响可研究某营养物质对机体疾病的改善作用，可选择多组学进行研究，如转录组、蛋白组、代谢组、微生物组，全面解释营养干预对动物健康的调控机制。

巴戟天多糖通过减少胫骨软骨发育不良的氧化损伤来改善鸡肉品质

期刊：Food Chemistry  

影响因子：9.23

发表时间：2020.11

研究背景：

大多数禽类通过高度管理来促进快速生长和提高饲料效率，这容易导致肉鸡的骨骼发育与体重增加不成比例，最终导致腿部问题，如胫骨软骨发育不良(TD)。腿病会影响肉鸡的生长性能，降低肉质。氧化应激导致各种活性氧的产生，从而对动物造成氧化损伤，因此，可以推测氧化应激对肉质的稳定性起着重要作用。

巴戟天多糖(MOPs)是从巴戟天根中提取的单体，基于以往对MOP功能的研究报道，推测：补充MOP可通过其抗氧化作用提高TD肉鸡胸部肌肉的肉质。

研究思路：

研究结果：

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肉品质和抗氧化相关参数与胸部肌肉的差异代谢物密切相关

研究结论：

MOP通过减少TD的氧化损伤来改善肉质。

多组学在动物营养应用广泛，并为动物生产提供理论基础，迈维可提供创新多组学服务。