多组学视角下高海拔巴音布鲁克羊与低海拔吐鲁番黑羊肌肉品质差异的研究

《Frontiers in Veterinary Science》：Multi-omics insight into muscle quality divergence between high-altitude Bayinbuluke sheep and low-altitude Turpan black sheep

高海拔Bayinbuluke羊通过增强糖酵解、抑制脂质合成、调节脂代谢网络及提升抗氧化能力适应缺氧环境，其GPAT3、FASN、LDHB等基因及代谢通路（如HIF-1、AMPK、甘油磷脂代谢）与肉质（如剪切力、水分含量、铁浓度）显著相关。

　　这项研究聚焦于探讨巴音布鲁克羊在高海拔环境下的适应机制，以及其与吐鲁番黑羊在血清生化指标、肌肉转录组、代谢组和蛋白质组特征之间的关联。巴音布鲁克羊主要分布在新疆维吾尔自治区的巴音布鲁克草原，海拔约为3200米，而吐鲁番黑羊则生活在海拔约-154米的地区，二者在地理环境和生理适应方面存在显著差异。研究通过整合多组学技术，即蛋白质组学、代谢组学和转录组学，结合血清生化分析，揭示了高海拔环境下巴音布鲁克羊的生理适应策略及其对肉质特征的影响。研究结果不仅有助于理解高海拔适应的分子机制，也为提高高海拔地区畜牧业资源的遗传适应性提供了理论基础。

在高海拔环境中，动物面临氧气供应不足、能量代谢受限等挑战，而巴音布鲁克羊则展现出独特的适应能力。研究发现，巴音布鲁克羊通过增强糖酵解途径来快速生成能量，同时抑制肌肉内脂质合成，调控脂质代谢平衡，以维持能量供应的稳定性。这种适应机制有助于在低氧条件下保持肌肉组织的正常功能。此外，巴音布鲁克羊还通过重塑代谢网络，优化能量利用效率，从而适应高海拔环境带来的生理压力。这些机制的深入解析，揭示了巴音布鲁克羊在高海拔环境中的生存策略及其对肉质特征的潜在影响。

从蛋白质组学角度来看，研究对巴音布鲁克羊和吐鲁番黑羊的肌肉组织进行了全面的蛋白质表达分析。结果显示，两种羊在不同肌肉部位的蛋白质表达存在显著差异。例如，在三头肌（triceps brachii）中，有29种蛋白质上调，43种下调；在背最长肌（longissimus dorsi）中，有17种上调，51种下调；而在股四头肌（quadriceps femoris）中，有111种上调，56种下调。这些差异表明，高海拔环境可能促使巴音布鲁克羊在特定的代谢和生理功能上进行调整，以维持其肉质特征。例如，NCEH1（中性胆固醇酯水解酶1）的表达上调，表明其在脂质代谢中的重要作用。NCEH1通过甘油磷脂代谢途径促进胆固醇酯和脂肪酸酯的水解，从而调节全身脂质代谢，影响肌肉组织中的脂质分布和沉积。而LDHB（乳酸脱氢酶B）则在低氧条件下增强糖酵解过程，催化乳酸与丙酮酸之间的相互转化，以维持肌肉组织的能量供应，进而支持高海拔环境下的代谢需求。

从代谢组学分析来看，巴音布鲁克羊的肌肉组织中存在多种代谢物的显著变化。例如，在三头肌中，有72种代谢物上调，172种下调；在背最长肌中，有575种上调，126种下调；而在股四头肌中，有238种上调，207种下调。这些代谢物的差异可能反映了巴音布鲁克羊在高海拔环境下的代谢调整。例如，尿苷二磷酸-N-乙酰葡糖胺（UDP-GlcNAc）和氨基葡萄糖在核苷酸糖合成途径中富集，可能影响蛋白质的糖基化修饰，从而改变肉质的口感和风味。此外，甘油和丙酮酸在戊糖与葡萄糖醛酸互化途径中富集，表明它们在肌肉代谢中的重要性。丙酮酸作为糖酵解的终产物，不仅参与能量代谢，还具有一定的抗氧化功能，可能在维持肌肉组织的稳定性方面发挥关键作用。然而，研究发现巴音布鲁克羊中丙酮酸水平下降，这可能抑制线粒体的氧化磷酸化过程，从而影响ATP的生成，导致肌肉收缩和修复能力下降，进而影响肉质的嫩度。

转录组学分析进一步揭示了巴音布鲁克羊在高海拔适应中的基因表达变化。研究发现，FASN（脂肪酸合成酶）基因的表达上调，表明其在脂肪合成和沉积中的重要作用。FASN通过AMPK信号通路调控能量代谢，增加糖酵解中间产物和标志物如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）的水平，从而支持高海拔环境下的能量供应。与此同时，GSTA1（谷胱甘肽S-转移酶A1）基因的表达下调，可能通过抑制氧化应激来减少细胞凋亡，从而保护肌肉纤维的完整性。GPAT3（甘油三酯合成酶）基因的表达也呈现下降趋势，其功能可能涉及抑制甘油三酯（TAG）的合成，同时促进脂肪酸（FA）的氧化，从而减少肝脏中的脂质积累，同时推动脂肪在肌肉组织中的沉积。这些基因表达的变化共同构成了一个复杂的代谢调控网络，为巴音布鲁克羊的高海拔适应提供了分子层面的解释。

综合来看，巴音布鲁克羊的高海拔适应涉及多个层面的调控机制。在蛋白质层面，NCEH1和LDHB的表达变化可能与脂质代谢和能量供应密切相关；在代谢层面，UDP-GlcNAc、甘油、丙酮酸等代谢物的富集或减少可能影响肌肉组织的结构和功能；而在转录层面，FASN、GSTA1和GPAT3等基因的表达调控则直接参与脂肪合成、氧化应激和脂质分布的调整。这些机制的协同作用，使得巴音布鲁克羊能够在高海拔环境中维持较高的能量代谢水平，同时减少脂肪沉积，从而优化肉质特征，如嫩度、多汁性和风味。

研究还发现，巴音布鲁克羊的血清生化指标存在显著差异。例如，总蛋白（TP）、白蛋白（ALB）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、总抗氧化能力（T-AOC）以及乳酸脱氢酶（LDH）等指标均显著高于吐鲁番黑羊，这表明巴音布鲁克羊具有更强的抗氧化能力和代谢活性。此外，肌酐（Cr）和尿酸（UA）水平的升高可能与肌肉代谢和能量需求的增加有关。而甘油三酯（TG）和总胆固醇（TC）的升高则可能反映了巴音布鲁克羊在脂质代谢方面的更强能力，使其能够在低氧环境下维持较高的能量储备。这些血清指标的变化不仅揭示了巴音布鲁克羊的生理适应策略，也为评估其肉质提供了新的视角。

通过多组学数据的整合分析，研究进一步揭示了巴音布鲁克羊与吐鲁番黑羊在高海拔适应中的分子机制。例如，甘油磷脂代谢、胆固醇代谢、HIF-1信号通路和AMPK信号通路等被发现是核心调控网络。这些通路不仅涉及脂质代谢，还与能量代谢和抗氧化能力密切相关。NCEH1的上调可能通过调节脂质代谢，影响肌肉组织的脂肪分布和沉积，而LDHB的上调则有助于维持肌肉的pH平衡和能量供应。同时，FASN的表达增强可能促进脂肪合成，以支持高海拔环境下的能量需求，而GSTA1和GPAT3的表达下调则有助于减少氧化应激，从而保护肌肉组织免受损伤。

这些研究结果不仅为理解高海拔适应提供了新的视角，也为提高巴音布鲁克羊的肉质特性提供了科学依据。例如，低脂肪沉积、稳定的肉色、风味氨基酸的积累、良好的嫩度和多汁性等特征，可能源于其独特的代谢调控机制。此外，研究还发现，巴音布鲁克羊的抗氧化能力较强，这可能与其高活性的抗氧化酶有关，如CAT、SOD和GSH-PX。这些酶的活性增强有助于清除自由基，减少氧化应激对肌肉细胞的损害，从而维持肉质的稳定性和品质。

总体而言，巴音布鲁克羊的高海拔适应涉及复杂的分子调控网络，包括脂质代谢、能量代谢和抗氧化系统的协同作用。这些机制的深入解析，不仅有助于理解高海拔环境对动物生理的影响，也为畜牧业的可持续发展提供了新的思路。未来的研究可以进一步探索这些分子机制在不同环境条件下的适应性变化，以及如何通过基因调控和营养干预来优化肉质特性，从而提高高海拔地区畜牧业的生产效率和产品品质。