甘氨酸通过含硫氨基酸代谢促进肉仔鸡生长的作用机制

It is well accepted that glycine stimulates the growth of broiler chicks fed low crude protein (CP) diet. Recent studies found that the growth promotion effect of glycine is closely connected with the dietary sulfur-containing amino acids (SAA)content, however, the specific underlying mechanism is not clear. The current proposed project firstly determines the responsive level and ratio of SAA to glycine by adjusting the supplemental level of cystine under the same glycine level. After the determination of optimal glycine levels, the optimal combination of glycine and SAA is obtained, and the regulatory effects of glycine on SAA are explored. With regard to the mechanism exploration, the glycine involved SAA metabolism is focused, and the liver is targeted to investigate the molecular action by determination the protein turn over, metabolites and the gene expression of key enzymes and signaling transduction pathway molecular pertinent to SAA metabolism. Further, the transcirptomics and metabolomics technologies are adopted to elucidate the metabolic molecular network of glycine induced SAA metabolism. The outcome of the project would help to discover the growth promoting effect by both application of glycine and methionine in low CP diet for broilers, and enrich the theory of amino acid metabolism. Furthermore, the results of the study will provide scientific base for rational application of the amino acids, and serve as the technological support to reduce nitrogen excretion in broiler industry.

甘氨酸在肉仔鸡低蛋白饲粮中的促生长作用已成共识。新近研究发现甘氨酸对肉仔鸡的促生长作用与含硫氨基酸密切相关，但其具体机理尚不明晰。本项目拟在前期工作基础上，首先固定甘氨酸，通过调整胱氨酸的形式，研究响应甘氨酸的含硫氨基酸水平和比例，然后优化甘氨酸的促生长剂量，得到适宜的甘氨酸和含硫氨基酸组合，同时对甘氨酸调控含硫氨基酸代谢的机理进行深入研究。在研究思路上，以甘氨酸对含硫氨基酸代谢的作用为主线，聚焦于氨基酸代谢最为活跃的靶器官肝脏，从蛋白质周转、含硫氨基酸代谢产物、代谢关键酶和信号通路分子基因表达入手，阐明甘氨酸调控含硫氨基酸代谢的分子机理；然后，采用转录组学和代谢组学技术，深入揭示甘氨酸调控含硫氨基酸的整体代谢及分子网络机理。预期可阐明肉仔鸡低蛋白饲粮中甘氨酸与蛋氨酸联用的促生长机制，丰富家禽氨基酸代谢理论，并为二者在生产中的合理应用提供科学依据，同时为肉鸡产业减少氮排放提供技术支撑。

甘氨酸（Gly）在肉仔鸡低蛋白质（LP）饲粮中的促生长作用已成共识。Gly对肉仔鸡的促生长作用与含硫氨基酸（SAA）密切相关，但其具体机理尚不明晰。本研究旨在研究低蛋白饲粮中甘氨酸通过含硫氨基酸代谢促进肉鸡生长的机理。研究的重要发现：（1）确定了甘氨酸足量时LP饲粮中Cys的适宜剂量。在Gly足量、总含硫氨基酸适度缺乏和足量时，LP饲粮中添加0.10%Cys可通过改变血清游离氨基酸代谢和肝脏SAA代谢基因表达，促进肉仔鸡生长。以生长性能和胴体组成为判据，肉鸡LP饲粮中Cys的适宜添加量为0.08%~0.14%（Cys占总含硫氨基酸的35%~41%）。（2）明确了Cys足量时肉仔鸡LP饲粮中Gly的适宜剂量。在SAA适度缺乏或足量、并且Cys适宜的条件下，LP饲粮中添加1.0%的Gly能通过改变机体代谢，上调CSAD的mRNA表达量，提高血清中苯丙氨酸、Gly、Ser、精氨酸和牛磺酸的含量，促进肉仔鸡生长；基于生长性能和胴体组成，推荐肉仔鸡LP饲粮中Gly的适宜添加量为0.70%~1.30%（饲粮总Gly+Ser含量为1.62%~2.57%）。（3）阐明了低蛋白饲粮中Gly和Cys促进肉鸡生长的血清代谢机理。低蛋白饲粮降低肉鸡血清54种代谢物，补充甘氨酸可提高苯甲酰胺、6-磷酸-D-葡萄糖酸盐、D-葡萄糖酸盐、二乙基甲苯胺、γ-谷氨酰半胱氨酸、N-氨甲酰谷氨酸盐、脯氨酸和缬氨酸含量，低蛋白饲粮补充甘氨酸后苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸和组氨酸含量显著提高，鸟氨酸、磷酸乙醇胺、蛋氨酸、酪氨酸和γ-氨基丁酸含量降低。低蛋白饲粮补充胱氨酸升高血清苏氨酸、苯丙氨酸、组氨酸和鸟氨酸，降低瓜氨酸和γ氨基丁酸含量；低蛋白饲粮同时补充甘氨酸和胱氨酸，显著升高血清丝氨酸、苏氨酸、瓜氨酸和脯氨酸，降低蛋氨酸、酪氨酸和磷酸乙醇胺含量。（4）揭示了LP饲粮中适宜的的Gly和Cys促进肉仔鸡生长的机理。 LP饲粮（较饲养标准降4.5个点CP）中适宜的Gly和Cys组合（0.10%Cys+ 0.70%Gly）可上调肝脏CSAD的mRNA表达量，改变肝脏代谢产物（如亚油酸、二甲基异咯嗪和精胺等），并通过调控亚油酸代谢、核黄素代谢、谷胱甘肽代谢和β-丙氨酸代谢等多种途径，促进肉鸡生长。本研究结果可为促进Gly和SAA在家禽生产中合理应用，为实现家禽业氮减排提供科学依据。