烟酸调控湘中黑牛肌内脂肪（IMF）沉积的机理研究

Intramuscular fat (IMF) content is an important index of meat quality，especially for top grade beef.Nicotinic acid acts as a direct precursor of coenzyme NAD+/NADH and NADP+/NADPH, participates in acetic acid change and plays an important role in ruminal lipid metabolism. In our previous study, we found that the addition of 1000mg/kg of nictinic acid can significantly improve the muscle IMF, and the marbling score increase 2.5 in Xiangzhong Black cattle. At the same time, the content of rumen volatile fatty acids was also significantly increased. But the mechanism of nicotinic acid on it is largely unknown. In this study, we will isolate the differetially expressed genes in longissinus dorsi muscles collected by using bovine whole-genome gene microarray or digital gene expression analysis. And then, we will choose some significantly differential expression and related genes to perform the western blot analysis. Rumen microorganisms 16S rRNA will also be tested by 16S rRNA sequencing analysis.Enzyme activities related to fat metabolism in liver and muscle will be analyzed. Overall, Based on the above analyses, we hope that we can illustrate the regulation mechanism of nicotinic acid on IMF in Xiangzhong Black cattle from gene expression, ruminal microorganisms and enzyme activities. The results from this study will also provide the theoretical support to use the nicotinic acid in high grade beef production.

肌内脂肪含量（IMF）是衡量牛肉品质，特别是高档牛肉品质的一个重要指标。烟酸作为辅酶NAD+/NADH和NADP+/NADPH的直接前体，能促进乙酸转化，在反刍动物脂类代谢中起着重要作用。课题组前期研究发现高精料饲料中添加1000mg/kg烟酸可使湘中黑牛大理石纹评分提高2.5分，极显著提高了牛肉肌内脂肪含量，同时发现瘤胃液中挥发性脂肪酸含量也显著提高，但其作用机制还不清楚。本项目将采用牛全基因组基因表达芯片或数字基因表达谱技术分析不同组别牛背最长肌中的基因表达差异，并对表达差异显著的基因进行Western Blot分析；同时对不同组别牛进行瘤胃微生物宏基因组16S rRNA分析及背最长肌、肝脏中脂肪代谢相关酶酶活性分析，最终从基因表达调控、瘤胃微生物区系、机体脂类代谢酶活性等3个层面阐明烟酸调节湘中黑牛肌内脂肪沉积的机理。本研究将为烟酸在优质牛肉生产中的应用提供理论支撑。

烟酸（NA）作为辅酶NAD+/NADH和NADP+/NADPH 的直接前体，在动物脂类代谢、组织氧化呼吸及糖酵解等生化过程中起着重要调控作用。本研究发现烟酸对湘中黑牛的血液和肌肉的脂质代谢有重要的影响。烟酸显著提高了有益胆固醇（高密度脂蛋白胆固醇，HDL-C）含量（P<0.05），降低了有害胆固醇（低密度脂蛋白胆固醇，LDL-C）以及甘油三酯（TG）、非酯化脂肪酸（NEFA）、糖基化血清蛋白（GSP）和尿素氮（BUN）含量（P<0.05）；烟酸也提高了肉牛背最长肌NADPH合成酶（ICDH和G6PDH）的酶活（P<0.05），其中ICDH的活性几乎增加了一倍（66.73 vs. 36.60，P<0.001）。通过背最长肌RNA-Seq测序，共检测到了124个DEGs，其中118个基因在NA处理组肌肉中表达上调，6个基因表达下调。GO功能富集分析表明这些DEG主要富集于“结合”、 “酶抑制剂活性”、 “细胞质部分”、 和“细胞生物过程”等与代谢相关的功能中。KEGG功能富集分析表明这些DEG主要富集于细胞外基质—受体互作、PPAR 信号通路、脂肪细胞因子信号通路和TGF-β信号通路等与脂肪代谢相关的调控通路中。更有趣的是，通过基因功能分析发现烟酸上调了脂肪细胞分化和脂肪生成相关的基因（如PLIN1、 PLIN2、ADPN、LEP、LCN2和SOCS3）、脂质代谢相关的基因（如FABP4、RBP4、GAL、ANXA1、ANXA2和PTX3）和脂肪酸合成与酯化相关的基因（如ELOVL6、ACSM1、SOT1和PTGIS）等在肉牛背最长肌中的表达量，而且多个与葡萄糖代谢相关的转录本（PGAM1、UGDH和GLUT3）也表达上调。通过瘤胃微生物16SrRNA测序分析，发现拟杆菌、厚壁菌、纤维杆菌、螺旋体变形菌、普雷沃氏菌和琥珀酸孤菌为瘤胃主要菌群，占瘤胃微生物的88.15%以上。日粮添加烟酸降低了瘤胃螺旋体、纤维杆菌、软壁菌、柔膜菌、产琥珀酸丝状杆菌的比例（p＜0.05），但提高了变形菌、拟杆菌、普雷沃氏菌、琥珀酸孤菌、月形单胞菌的比例，然而高丰度的厚壁菌门、拟状芽胞杆菌纲、梭菌目的比例却没有受到影响。因此，我们推测烟酸可能是通过上调这些与脂质代谢相关的基因表达，并影响脂质代谢相关菌群来促进肉牛IMF沉积。