基于组学方法研究两种营养功能迥异淡水鱼的分子学基础

The main goal of modern nutrition research is using reasonable diet to prevent disease and protect human health. The system biology approach, such as proteomics and metabolomics, etc. could be used to study the nutrition comprehensively and systematically. The application of these methods not only helps understand the diversity of food function, but also expands the field of nutrition and improves the accuracy of nutrition research. The current project intends to use freshwater fish (snakehead(Channa argus) and crucian carp(Carassius auratus)) which have two distinct physiological functions as the main objects of the study, and use grass fish as the control group. These three kinds of fish were processed with heating treatment under normal pressure and in vitro gastrointestinal digestion followed by heating treatment. The NMR spectroscopy technique was used to investigate the fish soup to seek the best treatment condition using the small molecular metabolites; the chromatography - mass spectrometry was employed to do the proteomics study. With these two ‘omics’ approaches, the relationship between the diversity functions of the food and the small molecules, protein, peptides can be successfully revealed. This study aimed to establish a universal ‘omics’ analysis methods, give a guidance for pursuing a more scientific and healthy, nutritious diet and efficient way.

现代营养学研究的主要目标是通过合理的日常饮食预防疾病和保障人类健康。采用蛋白组学和代谢组学等系统生物学方法全面而系统的进行营养学研究，不仅有助于理解食品功能的多样性，还能拓展营养学的研究领域，提高营养学研究的准确性。本项目拟以两种生理功能截然不同的淡水鱼乌鳢和鲫鱼为主要研究对象，以草鱼作为对照，采用家庭常用的常压加热的热加工方式和体外模拟胃肠消化依次对三种淡水鱼进行热处理和消化处理，利用核磁共振波谱技术对处理后鱼汤中的功能小分子代谢物进行代谢组学研究，寻求最佳处理条件。利用色谱-质谱联用技术对样品进行蛋白质组学研究，结合代谢组学的研究结果，从整体角度揭示蛋白质和功能小分子与其生理功能特异性的联系。该研究拟建立一种普适性的组学分析方法，为现代人追求更加科学健康、高效营养的饮食方式提供指导。

蛋白组学和代谢组学等组学技术不仅有助于理解食品功能的多样性，而且可以提高营养学研究的准确性。不同的淡水鱼拥有不同营养功能特性，这与它们的营养膳食因子组成及生理活性密切相关。该项目以两种生理功能迥异的淡水鱼乌鳢和鲫鱼为研究对象，采用家庭常用的热加工方式和体外模拟胃肠消化依次对两种淡水鱼进行热处理和消化处理，对处理后的鱼汤中的膳食因子及营养物质进行测定；采用NMR技术研究鱼汤中的功能小分子代谢物及鱼脑中的营养代谢物；此外对消化前后鱼汤中的抗氧化肽进行分离、提纯并进行序列测定；通过蛋白组学技术对鱼汤中的可溶性蛋白质进行深入研究，探讨了与其营养功能相关的蛋白质及多肽组成基础；应用GC/MS和电子鼻比较了营养功能不同的鱼汤所含挥发性物质的差异性。结果表明，体外消化前后鲫鱼汤中氨基酸含量、呈味氨基酸含量较高，因此鲫鱼汤在日常饮食中口感更加鲜美。而乌鳢汤中矿物质含量占绝地优势，尤其是Fe，Zn。抗氧化肽分离、纯化和鉴定过程中，发现鲫鱼汤消化后的抗氧化性更强，原因是其含有种类更多活性更强的抗氧化肽。基于NMR代谢组学共鉴定出鱼汤中有19种功能代谢小分子物质，其显著性代谢差异物是Gly、Ala和Tau。两种淡水鱼鱼脑的代谢组学研究结果表明，NMR谱图共鉴定了20种不同代谢物，其中GABA、NAA、Ace、Ala、Cho和Lac是标志性代谢差异物。蛋白质组学数据表明两种鱼汤中可溶性蛋白组成模式也有明显不同，主要是源于肌酐蛋白及肌球蛋白的变化。本项目全面揭示各类膳食营养因子，例如氨基酸、矿物质、脂肪酸、多肽、蛋白质组成、挥发性物质与其生理功能特异性之间的联系。综合利用组学数据解析两种营养功能迥异淡水鱼的分子学基础，为现代人追求更加科学健康、高效营养的饮食方式提供理论指导及普适性食品组学分析方法。