《Foods》：Multi-Omics Insights into the Metabolic Basis of Variation in 4-Alkyl Branched-Chain Fatty Acids in Meat from Chinese Sheep Breeds
编辑推荐：
4-烷基支链脂肪酸（BCFAs），包括4-甲基辛酸（4-MOA）、4-乙基辛酸（4-EOA）和4-甲基壬酸（4-MNA），是绵羊肉特征性气味的重要贡献者。其浓度与组成与肉风味品质及消费者接受度密切相关。因此，理解调控BCFA形成与积累的机制对于改善绵羊肉风味具
4-烷基支链脂肪酸（BCFAs），包括4-甲基辛酸（4-MOA）、4-乙基辛酸（4-EOA）和4-甲基壬酸（4-MNA），是绵羊肉特征性气味的重要贡献者。其浓度与组成与肉风味品质及消费者接受度密切相关。因此，理解调控BCFA形成与积累的机制对于改善绵羊肉风味具有重要意义。本研究测定了阿勒泰羊（ALT）、吐鲁番羊（TLF）、内蒙古羊（NM）、滩羊和湖羊肌肉样品中上述三种BCFA的浓度。将ALT和TLF羊的肌肉非靶向代谢组学数据与公开数据集整合，包括不同饲养条件下滩羊的代谢组学数据以及湖羊和藏羊的转录组与代谢组学数据。这些数据集用于探究与生态环境、营养条件和遗传背景相关的BCFA相关代谢网络及候选调控因子。结果表明，不同绵羊群体间BCFA积累存在明显差异。在ALT、TLF和NM羊中，三种BCFA均低于检测限。滩羊中检测到4-MOA和4-EOA，而湖羊中三种BCFA均被检测到。湖羊中4-MOA和4-EOA的浓度分别约为滩羊的14.4倍和12.5倍（p < 0.001）。多组学整合表明，BCFA相关代谢变异主要与支链氨基酸代谢、短链碳代谢、三羧酸（TCA）循环和脂质代谢相关。MMUT、ACAT1和EHHADH被鉴定为候选调控基因，分别参与甲基丙二酰辅酶A转化、乙酰辅酶A/乙酰乙酰辅酶A代谢和脂肪酸β-氧化。能量需求、底物利用和前体可用性的变化可能改变BCFA前体碳在中心能量代谢与脂质代谢之间的分配，从而影响BCFA的形成与积累。总之，MMUT、ACAT1和EHHADH可能通过调控关键代谢反应及TCA循环与脂质代谢之间的碳分配来影响4-MOA、4-EOA和4-MNA的形成与积累。生态环境和膳食条件可能通过改变能量代谢和前体底物供应进一步促进这一过程。这些发现为理解BCFA相关风味形成以及通过遗传选择和营养调控改善绵羊肉风味提供了理论基础。
绵羊肉风味是影响食用品质和消费者接受度的重要因素，与牛肉和猪肉相比具有明显的物种特异性风味。4-烷基支链脂肪酸（BCFAs）是绵羊肉特征性气味的重要化学贡献者，主要包括4-甲基辛酸（4-MOA）、4-乙基辛酸（4-EOA）和4-甲基壬酸（4-MNA）。已有研究通过气相色谱-嗅闻法（GC-O）、气味活度值（OAVs）及香气重组与缺失实验证实这些BCFA对绵羊肉"膻味"有重要贡献。BCFA的形成与积累受遗传背景、生态环境和营养条件等多因素影响，但其调控机制尚未系统表征。BCFA形成涉及支链氨基酸（BCAA）降解、瘤胃发酵产物利用、脂肪酸合成和能量代谢等相互关联的代谢过程。在反刍动物中，丙酸可转化为丙酰辅酶A并进入甲基丙二酰辅酶A相关代谢途径，后者经甲基丙二酰辅酶A变位酶（MMUT）转化为琥珀酰辅酶A进入三羧酸（TCA）循环。BCFA积累可能取决于前体碳在能量氧化、脂质合成和支链脂肪酸形成之间的动态分配。以往研究多集中于单一品种、特定饲养条件或个别代谢过程，对不同遗传背景、生态环境和营养条件下前体可用性、碳流及相关代谢网络如何共同调控BCFA积累仍缺乏全面理解。多组学方法为研究此类复杂性状的生物学基础提供了有效策略。因此，本研究以不同遗传背景和生态来源的中国地方绵羊为对象，将气味相关BCFA的定量分析与肌肉代谢组学及公开多组学数据集相结合，旨在鉴定参与BCFA形成的关键代谢过程和候选调控因子，为理解绵羊肉特征性风味形成及通过品种选育和营养调控改善肉品质提供理论基础。
研究人员开展了以下研究：对阿勒泰（ALT）、吐鲁番（TLF）、内蒙古（NM）、滩羊和湖羊五个群体各10头健康雄性羊（7-8月龄，平均体重42.48 ± 4.57 kg）的背最长肌（LD）样品进行4-MOA、4-EOA和4-MNA定量分析；对ALT和TLF羊LD样品进行非靶向代谢组学分析；重新分析Wang等发表的湖羊和藏羊肌肉转录组与代谢组数据（NCBI BioProject PRJNA1081808）以及Yang等发表的滩羊不同饲养体系下肌肉代谢组数据。主要关键技术方法包括：采用碱水解-三氟化硼甲醇衍生气相色谱-质谱联用（GC-MS）定量BCFA（内标为十一烷酸C11:0）；采用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱高分辨质谱（UPLC-MS/MS）进行非靶向代谢组学分析；对公开转录组与代谢组数据进行KEGG通路注释和整合分析。样本队列来源为新疆、内蒙古等地的地方绵羊品种，公开数据来自独立实验队列。
研究结果如下：
3.1 不同绵羊品种间羊肉气味相关支链脂肪酸的差异：通过对五个群体LD肌肉中三种BCFA的定量分析发现，ALT、TLF和NM羊中三种BCFA均未检出；滩羊中检测到4-MOA和4-EOA，未检测到4-MNA；湖羊中三种BCFA均检出，且4-MOA和4-EOA浓度分别约为滩羊的14.4倍和12.5倍（p < 0.001）。
3.2 阿勒泰羊与吐鲁番羊背最长肌代谢组学谱差异：UPLC-MS/MS非靶向代谢组学共检测到1749种代谢物，主成分分析（PCA）显示两组明显分离；鉴定出202种差异代谢物，ALT组中L-辛酰基肉碱、异丁酸和肉碱C4:0丰度较高，TLF组中乙酰乙酸丰度较高；KEGG注释显示差异主要涉及脂质代谢和氨基酸代谢。
3.3 不同饲养体系下滩羊背最长肌代谢组学差异：精料饲喂（CF）组与放牧饲喂（PF）组PCA明显分离；CF组丙酰基肉碱丰度较高，PF组柠檬酸、异柠檬酸和丁酰基肉碱丰度较高；BCAA降解和丙酸代谢复合评分无显著差异，但TCA循环评分差异显著（p = 0.005）。
3.4 湖羊与藏羊背最长肌代谢组学差异：PCA显示两组趋于分离；鉴定出790种差异代谢物，湖羊组中O-丙酰基肉碱、乙基丙二酸、2-氧代丁酸、丁酸、琥珀酸、乙酰乙酸和L-缬氨酸丰度较高，藏羊组中β-丙氨酸和3-甲基巴豆酰辅酶A丰度较高；KEGG注释主要涉及氨基酸降解、有机酸代谢、短链碳代谢和脂质代谢。
3.5 湖羊与藏羊背最长肌转录组与代谢组整合分析：差异基因和代谢物主要富集于BCAA降解、丙酸代谢、TCA循环和脂质代谢通路；MMUT、ACAT1和EHHADH在藏羊中表达量高于湖羊；跨数据集比较显示BCAA降解、丙酸代谢和TCA循环相关代谢物在不同遗传背景和营养条件下呈协调变化。
3.6 跨数据集比较与BCFA相关代谢模块构建：构建了BCAA-丙酸-TCA跨数据集代谢模块，整合已知生化反应提出包含MMUT、ACAT1和EHHADH的候选代谢关联模型，涉及丙酰辅酶A、甲基丙二酰辅酶A和琥珀酰辅酶A等节点。
讨论部分总结：研究以五个绵羊群体BCFA积累差异为表型基础，整合不同生态来源、饲养条件和遗传背景的肌肉代谢组与转录组数据，发现主要代谢变化一致涉及BCAA相关代谢、短链碳代谢、TCA循环和脂质代谢。MMUT、ACAT1和EHHADH分别参与甲基丙二酰辅酶A利用、乙酰辅酶A/乙酰乙酰辅酶A代谢和脂肪酸氧化，为碳源利用与脂质代谢差异和气味相关BCFA形成之间提供了候选分子联系。不同生态来源绵羊（ALT与TLF）虽BCFA检测模式相同，但肌肉代谢谱存在差异，涉及脂肪酸利用、酮体代谢和BCAA相关短链碳代谢。不同饲养条件下滩羊的差异主要体现在TCA循环相关代谢物。湖羊与藏羊比较中，MMUT、ACAT1和EHHADH在藏羊中高表达，而O-丙酰基肉碱、乙酰乙酸、琥珀酸和L-缬氨酸在湖羊中丰度较高。跨数据集整合表明，BCAA降解为代谢网络提供重要碳源连接，缬氨酸和异亮氨酸降解产生的碳骨架可进入丙酰辅酶A相关代谢并经甲基丙二酰辅酶A转化为琥珀酰辅酶A进入TCA循环；亮氨酸降解经3-甲基巴豆酰辅酶A等中间产物最终产生乙酰辅酶A和乙酰乙酸。这种碳分配与4-烷基BCFA形成直接相关，4-MOA和4-MNA的形成与丙酸来源的丙酰辅酶A和甲基丙二酰辅酶A密切相关，而4-EOA生物合成途径尚不完全清楚，现有证据提示丁酰辅酶A可羧化为乙基丙二酰辅酶A提供乙基分支碳源。研究局限性包括数据集动物背景和分析流程不同、候选基因尚待在五个群体中验证、ALT/TLF队列中BCFA均低于检测限而公开数据集动物独立于BCFA队列因而无法估计配对代谢物-BCFA相关性。
研究结论翻译：BCFA测定显示五个绵羊群体间存在明显检测模式差异。ALT/TLF肌肉代谢组及公开湖羊/藏羊和滩羊CF/PF数据集分析鉴定出涉及BCAA降解、短链碳代谢、TCA循环和脂质代谢的差异。前体供应和利用的差异可能有助于解释本研究中观察到的BCFA模式。需要对照研究确定环境、日粮和遗传背景如何影响这些过程及BCFA积累。MMUT、ACAT1和EHHADH编码的酶分别参与甲基丙二酰辅酶A向琥珀酰辅酶A的转化、乙酰辅酶A/乙酰乙酰辅酶A代谢和脂肪酸β-氧化。公开湖羊/藏羊转录组数据再分析将MMUT、ACAT1和EHHADH鉴定为与这些代谢过程相关的候选基因。本研究报告的基因表达谱和BCFA测定来自不同的动物队列。结合BCFA测定结果，这些结果为深入研究绵羊BCFA相关风味变异及其营养和遗传调控提供了基础。
