动物代谢组学

Animal Metabolomics

动物代谢组学整体解决方案
动物代谢组学整体解决方案
应用领域

动物科学:不同品种、品系间差异性状比较;生产性能评估;肉质改良;奶质评定

农业昆虫与害虫防治:代谢组学与农业害虫研究相结合,进行昆虫的抗性、生长发育、行为、分子机制等方面的研究。

水产养殖:代谢组学应用于水产养殖,有助于探讨鱼类病害防治、免疫、生长发育、营养相关的研究,并结合多组学,研究相关的分子机制。

动物医学模型:人类疾病研究大多以小鼠为医学模型,但小鼠在某些特定疾病上并未展现与人类类似的表征。寻找合适动物医学模型对人类疾病的研究意义重大。目前,多种农业动物已经被用于人类疾病的研究。

代谢组学技术
非靶向代谢组学:对一个生物体系所有小分子代谢物质的定性定量分析,是一种无偏向的代谢组学分析方式。
全局精准非靶向代谢组学:第二代非靶向代谢组学,相比普通的非靶向代谢组学,在检测物质含量的精准度、准确性上,实现巨大提升。
脂质组学:比较不同生理状态下脂代谢网络的变化,进而识别代谢调控中关键的脂生物标志物 , 最终揭示脂质在生命活动中的作用机制。
靶向代谢组学:脂肪酸定量分析、短链脂肪酸定量分析、胆汁酸定量分析、神经递质定量分析、氨基酸定量分析、有机酸定量分析、TMAO 及相关代谢物分析。
动物科学案例分析

猪器官间代谢物交换的系统水平定量分析

Metabolite Exchange between Mammalian Organs Quantified in Pigs

期刊:Cell Metabolism     影响因子:22.415
发表时间:2019年     发表单位:美国普林斯顿大学

研究背景

哺乳动物的器官通过循环不断地交换代谢物,但缺乏对代谢物交换机制的系统水平研究。

研究方法

本文通过代谢组学研究,利用 LC-MS 技术,比较了禁食猪的动脉血和 11 个器官静脉血中代谢物的浓度变化。

研究结果

1) 超过 90% 的代谢物在至少一个器官上显示出动静脉差异;
2) 肝脏和肾脏不仅释放葡萄糖,还释放氨基酸,氨基酸主要被肠道和胰腺消耗;
3) 肝脏优先消耗不饱和脂肪酸,而肾脏消耗循环柠檬酸盐和净氧化乳酸丙酮酸,从而有助于循环氧化还原稳态;
4) 检测到 700 多种组织特异性代谢产物的产生或消耗。

图 1 实验流程

图 2 葡萄糖的产生局限于肝脏和肾脏,而乳酸的产生则分布在全身

图 3 肾脏清除大部分代谢物,柠檬酸盐是肾脏特有的燃料

图 4 肝脏和肾脏释放氨基酸,这些氨基酸被其他内脏器官大量消耗

参考文献

Jang Cholsoon,Hui Sheng,Zeng Xianfeng et al. Metabolite Exchange between Mammalian Organs Quantified in Pigs.[J] .Cell Metab., 2019, 30: 594-606.e3

农业昆虫案例分析

田间抗玉米 Cry1F 的秋粘虫(Spodoptera frugiperda)中肠代谢谱分析

Midgut metabolomic profiling of fall armyworm (Spodoptera frugiperda) with field-evolved resistance to Cry1F corn

期刊:Insect Biochemistry and Molecular Biology     影响因子:3.827
发表时间:2019年     发表单位:美国田纳西大学

研究背景

秋粘虫(Spodoptera frugiperda)对转基因玉米产生了抗性,该玉米由苏云金芽孢杆菌(Bt)产生 Cry1F 杀虫蛋白。

研究方法

本研究假设具有非功能性 SfABCC2 蛋白的 Cry1F 抗性秋粘虫与易感秋粘虫相比,会显示出肠道代谢物组成的改变。本文通过代谢组学研究,利用质谱和多元统计分析鉴定了 126 种幼虫肠道特有代谢物,其中 7 种表现出 Cry1F 敏感和抗性的秋粘虫的中肠之间的显著差异。

研究结果

在这 7 种存在差异的代谢物中,有 6 种(1.3-3.5 倍)在 Cry1F 抗性幼虫中肠中显著积累,包括核苷、天冬酰胺和碳水化合物,如海藻糖 6- 磷酸和沉淀物 1/7- 磷酸。相比之下,与食用非转基因玉米的幼虫的代谢组学数据比较发现,5 种代谢产物的水平有统计学意义的变化,其中只有 2 种,即 2- 苹果酸异丙酯和 3- 磷酸丝氨酸,与易感幼虫相比,在 Cry1F 抗性的中肠中显著积累(分别为 2.3 倍和 3.5 倍)。这些代谢物可能有可能被用作抗性标记。

图 1 秋粘虫不同品系的幼虫,中肠代谢物的偏最小二乘判别分析(PLSDA)

图 2 饲喂半纯饲料的秋粘虫幼虫肠道代谢产物相对水平的热图

参考文献

H. Abdelgaffar et al., Midgut metabolomic profiling of fall armyworm (Spodoptera frugiperda) with field-evolved resistance to Cry1F corn. Insect Biochem Mol Biol. 2019 Mar;106:1-9

水产养殖

应用靶向和非靶向代谢组学的方法监测水产养殖产品中的染料残留

Dye residues in aquaculture products: Targeted and metabolomics mass spectrometric approaches to track their abuse

期刊:Food Chemistry     影响因子:6.306
发表时间:2019年     发表单位:法国安氏化学实验室

研究背景

通过实施靶向和非靶向代谢组学方法来提供一个详细的监测方法。开发了一种检测大多数染料的氧化步骤的 LC-MS/MS 方法,并对 14 种不同染料家族的残留物进行了分析。代谢组学分析比较孔雀绿处理的养殖鱼和碱性艳兰 BO 处理的养殖鱼的指纹图谱。高分辨率质谱法分析了肌肉、肝脏和血浆代谢组的变化,并通过多元统计分析揭示了一些直接或内生代谢物在相关质量特征中的作用。这两种方法,可为水产养殖产品中的染料残留检测,提供新的策略。

图 1 秋粘虫不同品系的幼虫,中肠代谢物的偏最小二乘判别分析(PLSDA)

图 2 饲喂半纯饲料的秋粘虫幼虫肠道代谢产物相对水平的热图

参考文献

E. Dubreil et al.,Dye residues in aquaculture products: Targeted and metabolomics mass spectrometric approaches to track their abuse. Food Chemistry 294 (2019) 355–367