基于生理代谢、蛋白组学和菌群多样性解析热应激对泌乳奶牛的影响

发布时间：2017-12-19 16:08

  本文关键词：基于生理代谢、蛋白组学和菌群多样性解析热应激对泌乳奶牛的影响　出处：《中国农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着全球气候持续变暖,夏季热应激问题显得尤为突出。热应激对畜牧业生产带来了巨大地损失,奶牛对热应激尤为敏感。尽管当前使用了一系列的缓解热应激的措施,仍无法解决夏季奶牛热应激的问题。本文以全球持续变暖产生的夏季热应激问题为出发点,以研究奶牛热应激的机理和寻找缓解奶牛热应激的途径为目的,结合本团队在奶牛热应激领域多年的成果积累,进一步地探索热应激奶牛内分泌代谢图谱,利用蛋白组学技术揭示热应激奶牛血浆中的差异蛋白及其生物学功能,基于瘤胃菌群变化解析热应激对奶牛瘤胃功能的影响。试验一研究了热应激对奶牛血液中激素水平(胰岛素、瘦素和脂联素)和信号分子(AMP激活蛋白激酶、热休克信号分子)的影响,并寻找奶牛血液中对热应激敏感的热休克信号分子,评判热应激。结果表明:热应激显著地提高了血液中脂联素、AMP激活蛋白激酶(AMPK)、热休克转录因子(HSF)、热休克蛋白27(HSP27)、热休克蛋白70(HSP70)和热休克蛋白90(HSP90)的浓度。脂联素和AMPK具有关联性,热应激奶牛脂联素和AMPK的升高,可能是机体自我调节维持稳态的途径之一。在夏季热应激持续8周的过程中,奶牛经历了中度热应激、轻度热应激和非热应激。中度热应激奶牛血液中的HSF和HSP70的浓度显著地高于轻度热应激和非热应激奶牛。血液中的HSF和HSP70对热应激程度的变化更为敏感和准确,推荐将其作为潜在的生物标记物用来评判奶牛热应激。试验二采用2-DE技术结合质谱的方法,比较了夏季热应激和春季非热应激奶牛血浆蛋白的变化,以及夏季持续热应激前后奶牛血浆蛋白的变化。试验分别于夏季热应激状态和春季非热应激状态采集奶牛血液样品。夏季热应激持续23天后,采集持续热应激奶牛的血液样品;同时采集非热应激持续23天后的奶牛血液样品,排除泌乳天数可能对试验产生的影响。试验中找到了7个差异蛋白。对差异蛋白进行生物信息学分析的结果显示:持续热应激产生的差异蛋白与炎症反应紧密相关,甲状腺转运蛋白前体物(transthyretin precursor)作为内源性的抗炎症调节物,在热应激持续23天后表达量降低。同时,促炎症因子:肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)和白介素-6(interleukin-6,IL-6)显著地升高,直接证实了持续热应激导致奶牛发生炎症反应。然而,本试验发掘的差异蛋白数量有限,未能揭示热应激和非热应激奶牛生物学功能的差异。试验三在试验二的基础上,采用iTRAQ蛋白组学技术,结合前期代谢组学的试验设计,研究了热应激和非热应激奶牛血浆中的差异蛋白及其生物学功能。去除血浆中的高丰度蛋白后,共鉴定出1472种蛋白。其中,85个蛋白在热应激和非热应激奶牛中呈现差异表达。GO功能和KEGG信号通路富集分析显示:热应激导致奶牛血浆中参与免疫调节的补体系统表达量下调,从而引起奶牛的免疫损伤。补体和凝血因子信号通路发生变化,补体系统(包括:补体C1,C3,C5,C6,C7,C8和C9,补体因子B和补体因子H)显著下调,凝血系统(包括:凝血因子,维生素K-依赖蛋白和纤维蛋白原)显著上调。此外,结合本试验的蛋白组学和前期代谢组学的结果,进一步的证实了:热应激导致奶牛糖酵解代谢增强,乳酸含量升高;氨基酸分解代谢增强,机体发生氮营养重分配;脂肪分解代谢减弱。试验四研究了夏季突然降温对热应激奶牛的影响。采用iTRAQ蛋白组学技术分析降温前后的血浆样品,寻找差异蛋白,从而了解夏季突然降温导致奶牛机体发生的生理变化。结果表明:夏季突然降温能够有效的缓解热应激对奶牛生理指标和生产性能的负面影响。这一过程中,奶牛血浆中的血红蛋白表达量上调,机体运输氧气的能力增强,有助于缓解热应激时,呼吸频率升高引起的缺氧现象。同时,脂多糖结合蛋白和结合珠蛋白表达量下调,可能是由于降温缓解了热应激引起的炎症反应。然而,本试验分析得到的差异蛋白数量少,且部分差异蛋白的生物学功能尚不明确。环境突然降温缓解奶牛热应激的机理还有待于进一步的研究。试验五研究了热应激对奶牛瘤胃发酵参数和菌群多样性的影响,并针对瘤胃中乳酸和乳酸产生菌的变化,进一步的阐明热应激导致血液中乳酸升高的原因。结果表明:中度热应激导致奶牛的瘤胃pH值极显著降低,乳酸浓度显著升高,与粗饲料采食量呈正相关的乙酸浓度显著降低,瘤胃中与日粮精料采食比例呈正相关的链球菌属(Streptococcus)和螺旋体属(Treponema)显著升高。瘤胃发酵参数和菌群多样性的变化表明:中度热应激可能引起奶牛的采食行为发生变化,粗料采食量降低的幅度显著高于精料,从而起到降低热应激条件下机体产热的作用。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S823

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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本文编号：1308563