多组学解析揭示 FADS2亚型在牛脂肪细胞分化中调控脂质代谢的关键作用

为探究牛脂肪代谢中基因表达和代谢物变化，华中农业大学研究人员开展牛脂肪细胞分化过程的转录组和代谢组整合分析。发现 328 个差异代谢物（DEMs）和 5257 个差异表达基因（DEGs），明确 FADS2等关键基因，证实 FADS2亚型对脂质代谢的不同影响，为研究脂肪沉积提供重要依据。

　　在动物健康和经济效益方面，脂肪代谢扮演着极为重要的角色。就拿畜牧业来说，脂肪代谢直接关系到肉质的好坏，像牛肉中大理石花纹的形成、脂肪酸的组成特点等，都和脂肪代谢紧密相连，这些因素又进一步影响着牛肉的口感、营养价值以及市场价格 。然而，目前对于牛脂肪代谢过程中基因表达和代谢物的变化，科学界还缺乏系统深入的研究。以往的研究虽然对牛不同组织的代谢物进行了分析，但对于牛前体脂肪细胞在脂肪生成分化过程中的动态变化，以及细胞层面调控代谢物稳态的机制，了解得还十分有限。而且，在脂肪组织代谢领域，虽然已经取得了一些进展，可对于调控牛脂肪酸代谢的关键基因，依然没有确凿的定论。因此，深入研究牛脂肪代谢的分子机制迫在眉睫，这对于提升畜牧业的经济效益、改善肉质具有重要意义。

在这样的背景下，华中农业大学的研究人员开展了一项极具价值的研究。他们通过整合代谢组学和转录组学数据，对牛脂肪细胞在分化过程中第 0 天、第 2 天、第 4 天和第 8 天的代谢物和基因表达变化进行了全面剖析。这项研究最终发表在《BMC Genomics》上，为该领域带来了全新的认识和突破。

研究人员在这项研究中，主要运用了转录组测序、代谢物浓度检测、脂质组学分析等关键技术方法。他们从牛的皮下脂肪组织获取前体脂肪细胞，对不同分化阶段的细胞样本进行处理，通过转录组测序分析基因表达变化，利用 UPLC-MS/MS 技术检测代谢物浓度，还借助了多种生物信息学分析工具，如 PCA、KEGG 富集分析等，来深入挖掘数据背后的生物学意义。

研究人员首先进行了数据集的生成，涵盖了转录组、代谢组以及脂质积累数据。他们对不同分化阶段的牛脂肪细胞进行转录组测序和代谢物浓度评估，同时记录脂肪滴大小的变化。PCA 和聚类分析结果显示，重复样本的聚类效果良好，数据集质量可靠，这为后续研究提供了坚实的数据基础。

在探究转录组和代谢组在脂质积累各阶段的变化时，研究人员发现，牛前体脂肪细胞分化后，基因表达水平和代谢物浓度呈现出高度的多样性。他们共检测到 328 个差异表达代谢物（DEMs）和 5257 个差异表达基因（DEGs）。在脂肪生成的不同阶段，DEMs 和 DEGs 的变化各有特点。KEGG 富集分析表明，代谢组学数据显示脂肪酸和碳水化合物代谢发生显著变化，转录组数据则突出了多种信号通路的动态富集，且二者在脂肪生成分化过程中存在协同调控作用。

通过对 DEMs 和 DMGs 的综合分析，研究人员对脂肪生成分化过程有了更深入的理解。他们对差异代谢物进行时间进程表达分析，划分出四个不同的聚类，各聚类代谢物在不同代谢途径中显著富集，揭示了脂肪生成分化不同阶段的代谢特征。WGCNA 分析则构建出基因共表达网络，发现蓝色模块与脂质积累密切相关，并识别出 FADS₂等潜在的脂质积累相关基因。

在整合 DEGs 和 DEMs 的分析中，研究人员进一步挖掘基因表达与代谢物浓度之间的关系。他们发现大量的 DEG - DEM 对存在显著相关性，且在脂肪生成的最后阶段，相关对主要富集在不饱和脂肪酸生物合成途径。通过 CCA 分析，确定了 FADS₂、ACOT₇和 ACOT₂与多种不饱和脂肪酸的强关联，表明这些基因在调控不饱和脂肪酸含量方面具有重要作用。

针对 FADS₂，研究人员进行了深入的结构和功能分析。FADS₂编码的酶在不饱和脂肪酸合成中至关重要，研究发现 FADS₂存在两种亚型 FADS₂ - T0 和 FADS₂ - T2。结构分析显示，二者在氨基酸序列、三维构象和跨膜结构域存在差异。功能研究表明，过表达 FADS₂ - T0 比 FADS₂ - T2 更能显著促进脂质形成，且二者对脂肪生成相关基因表达的影响存在差异。

研究人员还探究了 FADS₂ - T0 和 FADS₂ - T2 亚型对脂质代谢的影响。脂质组学分析发现，过表达这两种亚型会导致细胞脂质代谢过程不同，FADS₂ - T2 组中多种脂质代谢物水平更高，KEGG 富集分析显示差异脂质代谢物主要涉及甘油磷脂代谢等途径。

在这项研究中，研究人员通过多组学分析，系统地揭示了牛脂肪细胞分化过程中基因表达和脂质代谢的变化规律。他们确定了 FADS₂作为不饱和脂肪酸生物合成的关键调节因子，并且发现不同的 FADS₂亚型会导致不同的脂质代谢结果，这可能是通过 46 个氨基酸序列的变异来实现对脂肪生成的不同调控。这些发现为深入理解脂质代谢调控机制提供了新的视角，为优化家畜脂肪发育提供了潜在的靶点，在畜牧业生产中具有广阔的应用前景，有望为提高家畜肉质和经济效益提供理论支持和技术指导。