項(xiàng)目文章 | mGWAS加速肉鴨育種研究進(jìn)程

邁維代謝

2023.5.31

2023年04月04日，中國工程院侯水生院士課題組在國際知名期刊Adv. Sci.?(IF 17.521)上發(fā)表題為“Metabolome-Based Genome-Wide Association Study of Duck Meat Leads to Novel Genetic and Biochemical Insights”的文章，邁維代謝為本研究提供代謝組學(xué)檢測(cè)和mGWAS分析服務(wù)。

研究背景

肉類是世界上消費(fèi)最多的食物之一，在人類飲食中具有獨(dú)特的風(fēng)味和高營養(yǎng)密度。然而，對(duì)肉類營養(yǎng)和風(fēng)味的遺傳和生化基礎(chǔ)了解甚少。作為一種復(fù)雜的食物，肉類表現(xiàn)出各種各樣的生化特性，這些特性在很大程度上是由各種代謝物決定的，包括親疏水代謝物中的親水代謝物和脂質(zhì)不僅提供必需的營養(yǎng)，而且作為風(fēng)味前體揮發(fā)物，決定了肉的風(fēng)味。揮發(fā)物對(duì)良好的風(fēng)味尤為重要，它是通過各種代謝物之間復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，如脂質(zhì)自氧化和美拉德反應(yīng)。

近年來，代謝組和揮發(fā)物分析在肉類表型研究中得到了廣泛應(yīng)用。然而，對(duì)肉類代謝組、揮發(fā)物及其相關(guān)性的研究尚不系統(tǒng)，這阻礙了對(duì)肉類營養(yǎng)和風(fēng)味的進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

代謝組學(xué)分析結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association studies, GWAS)使得同時(shí)篩選大量重要代謝性狀的遺傳位點(diǎn)成為可能，從而了解代謝多樣性的遺傳基礎(chǔ)及其與復(fù)雜性狀的相關(guān)性。例如，已經(jīng)在人體中開展了血液代謝物的代謝GWASs (mGWASs)，從而鑒定了大量代謝物的遺傳位點(diǎn)，并為許多疾病相關(guān)的關(guān)聯(lián)提供了新的見解。在植物方面，對(duì)水稻、玉米、小麥、番茄、桃、等重要作物和水果進(jìn)行了一系列研究，為了解代謝組的遺傳基礎(chǔ)和提高營養(yǎng)價(jià)值的育種提供了不可或缺的參考。

因此，了解肉類中代謝組和揮發(fā)物的遺傳基礎(chǔ)對(duì)于改善和增強(qiáng)肉類的營養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味至關(guān)重要。北京烤鴨是一道以北京烤鴨為原料的世界名菜，連城鴨作為一種優(yōu)秀的本土品種，因其味道鮮美而深受當(dāng)?shù)叵M(fèi)者的喜愛，然而肉鴨品種在北京地區(qū)和非北京地區(qū)之間存在著巨大的差異。

研究過程

本文采用代謝組學(xué)方法，對(duì)北京鴨與連城鴨雜交產(chǎn)生的梯度親緣分離群體的423份骨骼肌樣品中的3431種代謝物和702種揮發(fā)物進(jìn)行了分析。作者鑒定了2862個(gè)基于代謝組的全基因組關(guān)聯(lián)研究(mGWAS)信號(hào)和48個(gè)潛在調(diào)節(jié)代謝物和揮發(fā)物水平的候選基因，其中79.2%由順式調(diào)控元件調(diào)控。

研究結(jié)果

北京鴨與連城鴨梯度親緣分離群體的肉代謝組特征及相關(guān)性研究。a)梯度親緣設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生大型分離鴨群體，以確定代謝物和揮發(fā)物的遺傳和生化基礎(chǔ)。b) PCA根據(jù)snp將423個(gè)人劃分為6個(gè)獨(dú)立的聚類。c)對(duì)423個(gè)個(gè)體的PLS-DA分析顯示，基于代謝物和揮發(fā)物的水平，7個(gè)品系連續(xù)分布。d)描述次級(jí)代謝物和揮發(fā)物之間Pearson相關(guān)性的熱圖。紅框表示Pearson相關(guān)系數(shù)大于0.3，藍(lán)框表示Pearson相關(guān)系數(shù)小于- 0.3。左下角標(biāo)注了三個(gè)矩形。

表1?肉類中親水性代謝物、脂質(zhì)和揮發(fā)物展示

表2 mGWAS中發(fā)現(xiàn)的全基因組顯著關(guān)聯(lián)展示

表3?從mGWAS結(jié)果中分析的48個(gè)基因結(jié)果

研究結(jié)論

發(fā)現(xiàn)編碼血漿乙醇胺脫飽和酶1的TMEM189顯著相關(guān)。2-吡咯烷酮和甘油磷脂的水平受AOX1和ACBD5基因表達(dá)的調(diào)控，進(jìn)而分別影響揮發(fā)物、2-吡咯烷酮和癸醛的水平。GADL1和CARNMT2的遺傳變異決定了49種代謝物的水平，包括l -肌肽和鵝胺。該研究為骨骼肌代謝的遺傳和生化基礎(chǔ)提供了新的見解，為精確改善肉類營養(yǎng)和風(fēng)味提供了寶貴的資源。

研究亮點(diǎn)

過去使用的是建立在數(shù)量遺傳學(xué)基礎(chǔ)上的常規(guī)育種技術(shù)。例如，采用雜交、近交、雙向選擇等技術(shù)，并根據(jù)不同品系肉鴨的特性、培育目標(biāo)等，采用表型選擇、家系選擇和綜合指數(shù)選擇等培育肉鴨新品種，需要觀察的性狀指標(biāo)達(dá)到80個(gè)左右，并通過品系間雜交等解決了家禽的繁殖效率與抗逆、抗病、產(chǎn)肉效率之間的矛盾等?，F(xiàn)在作者針對(duì)肉鴨的具體性狀，采用常規(guī)育種與基因型選擇或基因組選擇的方法育種，大大加速了肉鴨的育種進(jìn)程。

科研延伸

邁維代謝提供的廣泛靶向代謝組技術(shù)∶一種整合了非靶向代謝組"廣泛性"和靶向代謝組"準(zhǔn)確性"檢測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的新型代謝組檢測(cè)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在生物樣本中一次性定性定量檢測(cè)3000+功能代謝物。廣靶代謝組具有高通量、高靈敏度、定量準(zhǔn)等特點(diǎn)，是代謝組學(xué)不可多得的研究利器！