成都大学 | 蛋白质组+N-糖基化组学二连发，揭示高原动物肉质差异新机制

 

 

景杰生物 | 报道

 

蛋白质是执行生物学功能的活性生物大分子，蛋白质组学、蛋白质修饰组学对理解生物系统的复杂性、研究疾病发生机制以及药物开发等方面发挥关键作用，广泛应用于动植物发育、遗传育种、畜牧兽医学疾病诊断和治疗中，为现代农业发展开辟了新途径。 近日，成都大学食品与生物工程学院、肉类加工四川省重点实验室耿放研究员团队及其合作者通过蛋白质组学、N-糖基化修饰组学等技术，对来自高海拔地区的牦牛(Bos mutus)和犏牛（cattle-yak）的肌肉组织进行了系统分析，揭示了二者肉质差异的重要机制。相关研究成果分别发表在食品领域专业期刊Food Research International（JCR Q1区）和Journal of Agricultural and Food Chemistry（JCR Q1区）上。

Food Res Int | 蛋白质组分析揭示犏牛和牦牛肉质差异机制

高原牛肉因其独特的营养成分和风味，被消费者视为独特的高价值食品。近年来对高原牛肉生产的需求越来越大，也提出了更高的品质要求。牦牛是青藏高原牧区的优势种家畜和当家畜种。犏牛是牦牛和黄牛的杂交种，在生长速度和产奶量方面具有优势。目前对不同高原牛品种间肉质差异的认识相对不足。 为深入了解犏牛和牦牛之间基于高海拔响应的肉质差异的潜在原因，研究团队使用定量蛋白质组学技术对犏牛胸最长肌（CYLT）和牦牛胸最长肌（YLT）的蛋白质进行了分析，结合生物信息学分析揭示了关键差异蛋白及代谢途径，为进一步了解肉质差异的机理提供了新的思路。研究结果于2023年7月7日，以“Quantitative proteomic analysis of cattle-yak and yak longissimus thoracis provides insights into the differential mechanisms of meat quality”为题发表在食品领域专业期刊Food Research International上，景杰生物为该研究提供了蛋白质组学技术支持。

 

研究在牦牛和犏牛的胸最长肌组织中共定量到1511个蛋白，其中包括157个差异丰度蛋白（DAP）。通过对这157个差异丰度蛋白进行亚细胞定位和功能注释后发现DAPs主要分布在细胞质、线粒体、细胞核中，并且定位于线粒体的DAPs数量显著。差异丰度蛋白广泛参与能量代谢、信号转导和细胞骨架等生理功能。表明牦牛和犏牛肌肉组织在能量代谢方面存在较大差异。

 

 

 

 

图1 差异丰度蛋白(DAPs)的亚细胞定位与功能注释分类

 

此外，生信分析显示犏牛中上调的差异蛋白主要涉及能量代谢、氧化应激、肌纤维结构和细胞外基质（ECM）。其中肌红蛋白上调、NADH脱氢酶下调和细胞色素氧化酶上调，表明犏牛肌肉组织启动了针对缺氧高海拔环境的代偿性调节。两种肌球蛋白和五种胶原蛋白丰度存在显著差异，表明犏牛与牦牛在肌纤维和结缔组织的组装结构上可能存在明显差异。这些能量代谢和肌肉结构的差异从而影响牦牛和犏牛在宰后的生理学变化以及肉质品质。

 

 

 

 图2 研究过程示意图

JAFC | N-糖基化修饰组学揭示犏牛和牦牛肉质差异机制

牦牛和犏牛在肌肉生理和肉质上存在显著差异。N-糖基化是一种广泛发生在肉类蛋白质中的翻译后修饰，对肉类蛋白质的结构、功能和活性至关重要。不同肉类的蛋白质N-糖基化图谱具有物种特异性。然而，目前还缺乏对家畜肉N-糖基化的系统和深入的定量分析。
为深入解析犏牛和牦牛之间肉质差异的潜在原因，研究团队使用N-糖基化修饰组学，对犏牛胸最长肌（CYLT）和牦牛胸最长肌（YLT）进行了系统性分析，首次绘制了犏牛及牦牛的N糖基化图谱，并结合生物信息学分析揭示了糖基化在调控肉质上的重要作用，为进一步了解肉质差异的机理提供了新见解。研究成果以“Quantitative N‑Glycoproteomic Analysis of Cattle-Yak and Yak Longissimus Thoracis”为题发表在Journal of Agricultural and Food Chemistry（JCR Q1区）杂志上，景杰生物为该研究提供了N-糖基化修饰组学技术支持。

该研究在牦牛和犏牛的胸最长肌组织中共定量到发生在181个N-糖基化蛋白上的252个N-糖基化位点，其中含有76个差异N-糖基化蛋白。亚细胞定位结果显示大多数糖基化修饰差异蛋白定位在胞外结构域和细胞质膜上，这与糖蛋白的胞外特性一致。同时，研究者还发现犏牛胸最长肌中丰度增加的差异N-糖基化蛋白更多分布在血浆中，丰度降低的差异N-糖蛋白更多分布在胞外结构域和细胞质中。差异N-糖基化蛋白的位置分布特性可能影响其功能差异。此外，CYLT和YLT的N-糖基化蛋白在功能方面存在显著差异，犏牛中丰度上调的差异N-糖基化蛋白更多分布在信号转导，翻译后修饰、蛋白质转换、伴侣蛋白的KOG亚类上。

图3 CYLT和YLT中差异N-糖基化蛋白的功能标注和分类结果

之后，研究者选择了两类重要的N糖蛋白，即细胞外基质（ECM）中的各种糖蛋白和影响肌肉老化过程的蛋白水解酶，探索了糖基化修饰影响犏牛和牦牛肉质差异的原因。研究发现犏牛和牦牛肌肉组织中几种ECM相关蛋白（如原纤维蛋白-1、胶原蛋白、纤调蛋白聚糖、层粘连蛋白）的N-糖基化存在显著差异，这些差异会影响结缔组织的结构和弹性、肉质嫩度和质地变化、屠宰前受到的氧化应激反应以及肉质分子稳定性，进而影响牛肉品质。此外，犏牛中几种溶酶体相关蛋白水解酶(组织蛋白酶、溶酶体蛋白酶、氨肽酶和磷脂酶)的N-糖基化水平显著升高，其可能通过影响肌肉结构、蛋白降解，进而导致宰后的肉质变化。

图4 CYLT和YLT中与ECM结构相关的N-糖基化修饰差异

综上所述，以上两篇研究分别运用蛋白质组学以及N-糖基化修饰组学的方法，结合生信分析手段，阐释了CYLT和YLT肉质差异的重要机制，为研究畜禽肉品质的形成和变化提供参考依据。研究结果拓展了我们对于动物科学的了解，同时也印证了蛋白质组学及翻译后修饰组学是研究动物科学领域的重要方法。
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参考文献
1. Chang X, et al. 2023. Quantitative proteomic analysis of cattle-yak and yak longissimus thoracis provides insights into the differential mechanisms of meat quality. Food Res. Int.
2. Chang X, et al. 2023. Quantitative N-Glycoproteomic Analysis of Cattle-Yak and Yak Longissimus Thoracis. J Agric Food Chem.

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