断尾对兰州大尾羊脂肪细胞结构和脂肪代谢相关基因表达的影响

doi:10.11686/cyxb2023417

摘要/Abstract

摘要：

旨在观察断尾对兰州大尾羊尾部脂肪细胞数量、结构以及皮下脂肪、大网膜脂肪、尾部脂肪、肾周脂肪和背最长肌脂肪代谢相关基因表达的影响，明确断尾引起脂肪沉积重新分布后，脂肪细胞和各脂肪沉积部位脂肪代谢相关基因表达的变化，为阐明断尾对脂尾型绵羊脂肪代谢调控的分子机理提供参考。选择5日龄［（3.79±0.12） kg］单羔兰州大尾羊羔羊18只，随机分为对照组（C组）和试验组（T组），每组9只羔羊，试验组羔羊采用橡皮圈结扎法断尾。试验羊2月龄断奶后饲喂配合日粮，两组羊日粮相同。试验期240 d。试验结束后，采集样品进行分析。1）相对于背最长肌肌内脂肪和内脏脂肪，断尾对尾部脂肪、皮下脂肪基因表达影响较大，断尾组尾部脂肪SCD、LEP、PLIN1的mRNA表达量显著升高，LPL、FAS、PEPCK的表达量显著降低（P<0.05）；皮下脂肪中SCD显著升高，LEP、ADPN、FABP4、PLIN1显著降低（P<0.05）；肾周脂肪中LPL、ADPN、PEPCK、UCP1和大网膜脂肪中的PEPCK显著降低（P<0.05）；背最长肌中SCD显著升高，PEPCK、PLIN1显著降低（P<0.05）。2）断尾组背最长肌的肌内脂肪含量（6.96%和6.05%）、脂滴面积比（4.28%和3.04%）显著增加（P<0.05），脂滴面积比增加了约1%，而尾部脂肪中脂滴面积比例降低了约10%（87.43%和97.58%），尾部脂肪细胞直径显著降低（P<0.05）；3）兰州大尾羊尾部脂肪细胞被融合的大脂滴填充，细胞核、细胞质等被大脂滴挤到细胞边缘，细胞边缘的细胞质薄层中含有线粒体、内质网、高尔基体、自噬小体等细胞器和小脂滴，断尾组尾部脂肪细胞质中单个脂滴体积较小，周围糖原颗粒较多。综上所述，长脂尾型绵羊兰州大尾羊早期断尾后，背最长肌的脂滴面积比增加，尾部脂肪中脂滴面积比降低，尾部脂肪细胞直径减小，各部位脂肪代谢相关基因表达也发生变化，断尾后脂肪沉积分布改变可能是在SCD、PLIN1、LPL、FAS、PEPCK等一系列脂肪代谢相关基因的调控下实现的。

关键词: 兰州大尾羊, 断尾, 脂肪代谢, 基因表达, 脂肪细胞超微结构

Abstract:

The objective of this study was to observe the effect of tail docking on the number and structure of adipocytes， and gene expression related to lipid metabolism in Lanzhou fat tailed sheep. The results help in clarifying the molecular regulation mechanism leading to redistribution of fat after tail docking in fat-tailed sheep. Eighteen Lanzhou fat-tailed lambs （5 d old and weighing 3.79±0.12 kg） from eighteen ewes were randomly divided into a control （C） group and a test （T） group， with nine lambs in each group. Tails of lambs in the T group were ligated with rubber bands. The two groups were fed with same formula diet after weaning at 2 months； the trial period was 240 days. At the end of the experiment， samples were collected for analysis. It was found that： 1） With respect to the longissimus dorsi and visceral fat， tail-docking had an observable effect on gene expression related to formation of tail fat and subcutaneous fat. For T sheep， SCD， LEP， PLIN1 expression levels were higher， and LPL， FAS， PEPCK expression levels were lower in the tail， SCD was higher and LEP， ADPN， FABP4， PLIN1 were lower in subcutaneous fat， LPL， ADPN， PEPCK， UCP1 were lower in kidney fat and PEPCK was lower in omental fat （P<0.05） than for C sheep. In addition， SCD expression was higher， PEPCK and PLIN1 expression levels were significantly lower in longissimus dorsi of T than of C sheep （P<0.05）. 2） Intramuscular fat was significantly higher in the T than in the C group （6.96% and 6.05%， respectively）. Similarly， lipid droplets in the longissimus dorsi were significantly increased in T group sheep compared to C （4.28% and 3.04%， respectively； P<0.05）， while the area ratio of lipid droplets increased by about 1%， the area ratio of lipid droplets in tail fat decreased by 10% （87.58% and 97.58% for T and C groups， respectively）， and the diameter of adipocytes was significantly decreased （P<0.05） in tail fat from sheep in the T group. 3） Transmission electron microscopy observation showed that the fat cells in the tail were filled with large fat droplets， the nucleus and cytoplasm were squeezed to the edge of the cell by these large fat droplets， and the cytoplasm at the edge of the cell contained organelles such as mitochondria， endoplasmic reticula， golgi apparatus， autophagosomes and small lipid droplets in Lanzhou fat-tailed sheep. Compared to the C group， the single lipid droplets were smaller， and the glycogen granules were more numerous in the cytoplasm in fat cells in tail-docked sheep. To summarize， the results showed that tail-docking early in the life of Lanzhou fat-tail sheep increased the area ratio of fat droplets in the longissimus dorsi and decreased the area ratio of fat droplets in tail fat. Moreover， tail-docking changed the expression of genes related to fat metabolism. The distribution of fat deposits is indicated to be regulated by the genes related to fat metabolism： SCD， PLIN1， LPL， FAS， PEPCK and others.

Key words: Lanzhou fat-tailed sheep, tail-docking, fat metabolism, gene expression, adipocyte ultrastructure

宋淑珍, 朱才业, 刘立山, 宫旭胤, 雒瑞瑞. 断尾对兰州大尾羊脂肪细胞结构和脂肪代谢相关基因表达的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(7): 94-104.

Shu-zhen SONG, Cai-ye ZHU, Li-shan LIU, Xu-ying GONG, Rui-rui LUO. The effect of tail-docking on adipocyte structure and lipid metabolism-related gene expression in Lanzhou fat-tailed sheep[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(7): 94-104.

图/表 9

参考文献 40

1	Song S Z. The effect of energy restriction on fat deposition and mechanism in sheep. Lanzhou： Gansu Agricultural University， 2017.
	宋淑珍. 能量限制对绵羊脂肪沉积的影响及其机理研究. 兰州：甘肃农业大学， 2017.
2	Song S Z， Liu J B， Zhu C Y， et al. The effect of tail-docking on growth performance， fat deposition distribution and slaughter performance in Lanzhou fat-tailed sheep. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica， 2023， 54（2）： 642-655.
	宋淑珍，刘俊斌，朱才业，等. 断尾对兰州大尾羊生长性能、脂肪沉积分布和屠宰性能的影响. 畜牧兽医学报， 2023， 54（2）： 642-655.
3	Bakhtiarizadeh M R， Alamouti A A. RNA-Seq based genetic variant discovery provides new insights into controlling fat deposition in the tail of sheep. Scientific Reports， 2020， 10（1）： 13525.
4	Zeng J， Zhou S W， Yang Y X， et al. Effect of dietary nutrition on tail fat deposition and evaluation of tail-related genes in fat-tailed sheep. Electronic Journal of Biotechnology， 2020， 46： 30-37.
5	Yuan Z， Liu E， Liu Z， et al. Selection signature analysis reveals genes associated with tail type in Chinese indigenous sheep. Animal Genetics， 2016， 48（1）： 55-66.
6	Stacheck A J， Woszuk N， Kolodziejski P A， et al. The importance of the nuclear positioning of the PPARG gene for its expression during porcine in vitro adipogenesis. Chromosome Research， 2019， 27（3）： 271-284.
7	Li K， Liu W Z， Zhang R X， et al. AMPK regulates sheep muscle derived preadipocytes differentiation. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica， 2018， 49（8）： 1594-1604.
	李戡，刘文忠，张瑞鑫，等. AMPK调控绵羊肌内前体脂肪细胞分化的研究. 畜牧兽医学报， 2018， 49（8）： 1594-1604.
8	Jia Y Y， Wu C Y， Kim J Y， et al. Astaxanthin reduces hepatic lipid accumulations in high-fat-fed C57BL/6J mice via activation of peroxisome proliferator-activated receptor （PPAR） alpha and inhibition of PPAR gamma and Akt. The Journal of Nutritional Biochemistry， 2016， 28： 9-18.
9	Resnyk C W， Carré W， Wang X， et al. Transcriptional analysis of abdominal fat in chickens divergently selected on body weight at two ages reveals novel mechanisms controlling adiposity： Validating visceral adipose tissue as a dynamic endocrine and metabolic organ. BMC Genomics， 2017， 18（1）： 626-657.
10	Batu M K， Nuer G L， Xie L S. The numbering and tail docking method of lambs. Hubei Journal of Animal and Veterinary Sciences， 2014， 35（12）： 54-55.
	巴图孟克，奴尔古丽，解立松. 羔羊的编号和断尾方法. 湖北畜牧兽医， 2014， 35（12）： 54-55.
11	National Research Council （NRC）. Nutrient requirements of small ruminants： Sheep， goats， cervids and new world camelids. Washington DC： National Academy Press， 2007.
12	Gao L S. Effect of energy levels on fat metabolism in Altay lamb. Lanzhou： Gansu Agricultural University， 2020.
	高良霜. 能量水平对阿勒泰羔羊脂肪代谢的影响. 兰州：甘肃农业大学， 2020.
13	Schmittgen T D， Livak K J. Analyzing real-time PCR data by the comparative C（T） method. Nature Protocols， 2008， 3（6）： 1101-1108.
14	Cui F， Liu C， Yang J M， et al. Adipose tissue sample preparation for scanning electron microscopy. Journal of Southern Medical University， 2012， 32（3）： 435-436.
	崔芳，刘超，杨建民，等. 脂肪组织扫描电镜样品制备方法. 南方医科大学学报， 2012， 32（3）： 435-436.
15	Zhai S H， Xiang W W， Hu M H， et al. Comparison of the microstructure and ultrastructure of fat cells in the tail of Hetian sheep and Smalltailed Han sheep. Animal Husbandry & Veterinary Medicine， 2021， 53（8）： 45-49.
	翟少华，向微微，胡美荷，等. 和田羊和小尾寒羊尾脂的显微和超微结构比较. 畜牧与兽医， 2021， 53（8）： 45-49.
16	Zhang C H. Lanzhou fat tailed sheep germplasm conservation and development. Chinese Journal of Animal Science， 2010， 46（18）： 7-9.
	张成虎. 兰州大尾羊种质资源的保护和发展. 中国畜牧杂志， 2010， 46（18）： 7-9.
17	Kang D J， Zhou G X， Zhou S W， et al.Comparative transcriptome analysis reveals potentially novel roles of homeobox genes in adipose deposition in fat-tailed sheep. Scientific Reports， 2017， 7（1）： 14491-14514.
18	Semenkovich C F. Regulation of fatty acid synthase （FAS）. Progress in Lipid Research， 1997， 36（1）： 45243-45253.
19	Sampath H， Miyazaki M， Dobrzyn A， et al. Stearoyl-CoA desaturase-1 mediates the pro-lipogenic effects of dietary saturated fat. Journal of Biological Chemistry， 2007， 282（4）： 2483-2493.
20	Ntambi J M， Miyazaki M. Regulation of stearoyl-CoA desaturases and role in metabolism. Progress in Lipid Research， 2004， 43（2）： 91-104.
21	Goldberg I J， Merkel M. Lipoprotein lipase： Physiology， biochemistry， and molecular biology. Frontiers in Bioscience， 2001（3）： 388-405.
22	Sun S S， Meng Q W， Luo Z， et al. Effects of dietary resveratrol supplementation during gestation and lactation of sows on milk composition of sows and fat metabolism of sucking piglets. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition， 2019， 103（3）： 813-821.
23	Yu J H， Ge X P， Tang Y K， et al. Effects of carbohydrate， lipid in diets on the PEPCK gene expression of Eryghroculter ilishaeformis. Journal of Fisheries of China， 2007， 31（3）： 369-373.
	俞菊华，戈贤平，唐永凯，等．碳水化合物、脂肪对翘嘴红鲌PEPCK基因表达的影响. 水产学报， 2007， 31（3）： 369-373.
24	Wan Z， Matravadia S， Holloway G P， et al. FAT/CD36 regulates PEPCK expression in adipose tissue. American Journal of Physiology-Cell Physiology， 2013， 304（5）： C478-C484.
25	Li S J， Raza S H A， Zhao C P， et al. Overexpression of PLIN1 promotes lipid metabolism in bovine adipocytes. Animals， 2020， 10（1994）： 1-14.
26	Li S J. Transcriptional regulation mechanism of bovine PLIN1 gene and its effect on proliferation， differentiation and lipid metabolism of preadipocytes. Yangling： Northwest A&F University， 2020.
	李世军. 牛PLIN1基因转录调控机制及其对前体脂肪细胞增殖、分化和脂类代谢的作用研究. 杨凌：西北农林科技大学， 2020.
27	Li Y， Schwalie P C， Bast-Habersbrunner A， et al. Systems-genetics-based inference of a core regulatory network underlying white fat browning. Cell Reports， 2019， 29（12）： 4099-4113.
28	Gao C Y， Sun S S， Li J B， et al. Lycopene modulates lipid metabolism in rats and their offspring under a high-fat diet. Food & Function， 2021， 12（19）： 8960-8975.
29	Li D， Zhang F， Zhang X， et al. Distinct functions of PPARγ isoforms in regulating adipocyte plasticity. Biochemical and Biophysical Research Communications， 2016， 481（1/2）： 132-138.
30	Keinan O， Valentine J M， Xiao H P， et al. Glycogen metabolism links glucose homeostasis to thermogenesis in adipocytes. Nature， 2021， 599（7884）： 296-301.
31	Havel P J. Role of adipose tissue in body-weight regulation： Mechanisms regulating leptin production and energy balance. Proceedings of the Nutrition Society， 2000， 59（3）： 359-371.
32	Oswal A， Yeo G. Leptin and the control of body weight： A review of its diverse central targets， signaling mechanisms， and role in pathogenesis of obesity. Obesity， 2010， 18（2）： 221-229.
33	Kenneth K Y， Karen S L， Baile W， et al. Signaling mechanisms underlying the insulin-sensitizing effects of adiponectin. Baillieres Best Practice & Research Clinical Endocrinology & Metabolism， 2014， 28（1）： 3-13.
34	Delrue M A， Michaud J L. Fat chance： Genetic syndromes with obesity. Clinical Genetics， 2010， 66（2）： 83-93.
35	Joubert D M. A study of pre-natal growth and development in the sheep. Journal of Agricultural Science， 1956， 47（4）： 382-428.
36	Liu Z， Zhao S G， Li H W， et al. Impact on growth performance and fat deposition distribution of ‘Lanzhou fat-tailed sheep’ and ‘Mongolian sheep’ with fat-tail removal. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2015， 31（5）： 7-11.
	刘政，赵生国，李华伟，等. 脂尾去除对‘兰州大尾羊’和‘蒙古羊’生长性能及脂肪沉积分布的影响. 中国农学通报， 2015， 31（5）： 7-11.
37	Wang Y Q， Zhong R Z， Fang Y， et al. Influence of tail docking on carcass characteristics， meat quality and fatty acid composition of fat-tail lambs. Small Ruminant Research， 2018， 162（5）： 17-21.
38	Tilki M， Saatci M， Aksoy A R， et al. Effect of tail docking on growth performance and carcass traits in Turkish Tuj lambs. Journal of Animal and Veterinary Advances， 2010， 9（15）： 2094-2097.
39	Masoumi R， Afsharirad A R， Mirzaei-alamouti H， et al. Does fat-tail docking and Zilpaterol hydrochloride （ZH） supplementation affect feedlot performance and carcass characteristics of finishing lambs？ Small Ruminant Research， 2021， 205： 106548.
40	Meng J J， Sun Z Y， Wang Z B， et al. Ultrastructure comparison of adipocyte in cattle and sheep. Chinese Journal of Veterinary Science， 2018， 38（6）： 1192-1196， 1200.
	蒙建菊，孙宗扬，王振宝，等. 牛和羊脂肪细胞超微结构的比较. 中国兽医学报， 2018， 38（6）： 1192-1196， 1200.

项目Items	含量Content
原料Ingredients
苜蓿干草Alfalfa hay （%）	6.00
玉米秆Corn straw （%）	20.00
小麦秆Wheat straw （%）	4.00
玉米Corn （%）	36.00
大豆粕Soybean meal （%）	14.00
麸皮Wheat bran （%）	8.00
菜籽粕Rapeseed meal （%）	4.00
玉米胚芽粕Corn germ meal （%）	6.00
磷酸氢钙CaHPO₄（%）	0.20
碳酸钙CaCO₃（%）	0.30
氯化钠NaCl （%）	0.50
预混料Premixture^1）（%）	1.00
合计Total （%）	100.00
营养水平Nutrient levels^2）
消化能Digestible energy （DE， MJ·kg^-1）	12.50
代谢能Metabolic energy （ME， MJ·kg^-1）	10.32
粗蛋白质Crude protein （CP，%）	15.80
粗脂肪Ether extract （EE，%）	3.02
钙Ca （%）	0.56
总磷Total phosphorus （TP，%）	0.45
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF，%）	35.20
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF，%）	22.53

项目Items	含量Content
原料Ingredients
苜蓿干草Alfalfa hay （%）	6.00
玉米秆Corn straw （%）	20.00
小麦秆Wheat straw （%）	4.00
玉米Corn （%）	36.00
大豆粕Soybean meal （%）	14.00
麸皮Wheat bran （%）	8.00
菜籽粕Rapeseed meal （%）	4.00
玉米胚芽粕Corn germ meal （%）	6.00
磷酸氢钙CaHPO₄（%）	0.20
碳酸钙CaCO₃（%）	0.30
氯化钠NaCl （%）	0.50
预混料Premixture^1）（%）	1.00
合计Total （%）	100.00
营养水平Nutrient levels^2）
消化能Digestible energy （DE， MJ·kg^-1）	12.50
代谢能Metabolic energy （ME， MJ·kg^-1）	10.32
粗蛋白质Crude protein （CP，%）	15.80
粗脂肪Ether extract （EE，%）	3.02
钙Ca （%）	0.56
总磷Total phosphorus （TP，%）	0.45
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF，%）	35.20
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF，%）	22.53

名称 Name	序列 Accession number	引物序列 Primer sequence （5′-3′）	片段大小 Product length （bp）	退火温度 Annealing temperature （℃）
SCD	NM_001009254	F： GAAGAAGACATCCGCCCTGA R： GCAGCCGAGCTTTGTAGGTT	271	56
PPARγ	NM_001100921	F： CGAACTTGGGCTCCATAAAG R： GCTGGCCTCCTTGATGAATA	119	63
LPL	NM_001009394	F： TACCCTAACGGAGGCACTTTCC R： TGCAATCACACGGAGAGCTTC	63	54
LEP	XM_027968780	F： TGTTGCTTTTGGAGTGAGGA R： TCCAGTGTGCACCTGTTTGT	118	60
ADPN	NM_001308565	F： CTGTTGCTTCTGGTCAAAATGTC R： TTCTTTCTCTGCCCTACTTGGTC	191	60
CEBP-β	XM_004014883.5	F： CCGGTTTCGAAGTTGATGC R： TGTTCTTAATGCTCGAAACGG	271	59
FABP4	NM_001114667	F： TCAGTGTAAATGGGGATGTGGT R： GATTTCCCATCCCAGTTTTGT	178	59
FAS	AF_479289	F： TGGTATCAACTCTGAGGGGCT R： TCTGGCATATCTCCGTCGC	156	60
PEPCK	XM_004014441	F： TGTGCCCACCCCAACTCA R： GCCAAAGTTGTAGCCGAAGA	279	60
PLIN1	XM_042234957	F： GCTCCAATGGCAGTTAACAAGG R： TGGTGCTGGCGTAGGTCTTC	139	61
UCP1	NM_001280694.1	F： CCACTGACCAGAAGTCGGAGA R： CCACTGACCAGAAGTCGGAGA	233	60
RXRα	XM_027966139	F： TGTCCAGCGGGAAGGTGAT R： CTCGGGGTACTTGTGTTTGC	118	60
Beta-actin	NM_001009784	F： AGCCTTCCTTCCTGGGCATGGA R： GGACAGCACCGTGTTGGCGTAGA	113	56~63

名称 Name	序列 Accession number	引物序列 Primer sequence （5′-3′）	片段大小 Product length （bp）	退火温度 Annealing temperature （℃）
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PPARγ	NM_001100921	F： CGAACTTGGGCTCCATAAAG R： GCTGGCCTCCTTGATGAATA	119	63
LPL	NM_001009394	F： TACCCTAACGGAGGCACTTTCC R： TGCAATCACACGGAGAGCTTC	63	54
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ADPN	NM_001308565	F： CTGTTGCTTCTGGTCAAAATGTC R： TTCTTTCTCTGCCCTACTTGGTC	191	60
CEBP-β	XM_004014883.5	F： CCGGTTTCGAAGTTGATGC R： TGTTCTTAATGCTCGAAACGG	271	59
FABP4	NM_001114667	F： TCAGTGTAAATGGGGATGTGGT R： GATTTCCCATCCCAGTTTTGT	178	59
FAS	AF_479289	F： TGGTATCAACTCTGAGGGGCT R： TCTGGCATATCTCCGTCGC	156	60
PEPCK	XM_004014441	F： TGTGCCCACCCCAACTCA R： GCCAAAGTTGTAGCCGAAGA	279	60
PLIN1	XM_042234957	F： GCTCCAATGGCAGTTAACAAGG R： TGGTGCTGGCGTAGGTCTTC	139	61
UCP1	NM_001280694.1	F： CCACTGACCAGAAGTCGGAGA R： CCACTGACCAGAAGTCGGAGA	233	60
RXRα	XM_027966139	F： TGTCCAGCGGGAAGGTGAT R： CTCGGGGTACTTGTGTTTGC	118	60
Beta-actin	NM_001009784	F： AGCCTTCCTTCCTGGGCATGGA R： GGACAGCACCGTGTTGGCGTAGA	113	56~63

成分Composition	体积 Volume （μL）
2×SYBR Green Fast Qpcr Mix	10
正向引物 Forward primer （10 μmol·L^-1）	1
反向引物 Reverse primer （10 μmol·L^-1）	1
cDNA模板 cDNA template	2
无核酸酶去离子水 RNase-free ddH₂O	6