基于组学技术分析山羊乳与牛乳乳清蛋白与脂肪球膜蛋白组成及消化特性

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乳中含有丰富的营养成分及生物活性物质,对新生哺乳动物的健康生长至关重要,同时乳也是成年人膳食中的一种重要蛋白质来源。山羊乳与牛乳是我国乳制品行业的主要消费乳源,目前牛乳的产量明显高于羊乳,占据乳品消费市场份额的大部分。随着对山羊乳营养价值及生物学功能了解的加深,山羊乳及其乳制品受到越来越多消费者的青睐,具有广阔的市场前景。但目前对山羊乳与牛乳中的蛋白质尤其是一些低丰度蛋白质的了解还不够全面。乳清蛋白与乳脂肪球膜(milk fat globule membrane,MFGM)蛋白虽然只占总乳蛋白的一小部分,但却具有丰富的生物学功能。本文利用定性及定量蛋白质组学技术对山羊乳与牛乳、山羊初乳与常乳中的乳清蛋白、MFGM蛋白进行了表征,并使用基因本体(Gene Ontology,GO)功能注释、京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路、热图等生物信息学分析工具对山羊乳与牛乳、山羊初乳与常乳中乳清蛋白、MFGM蛋白的组成及功能特性进行了分析比较;建立婴儿体外消化模型,通过分析胃肠消化过程中山羊初乳与常乳的电位、粒径、聚丙烯酰胺凝胶电泳图谱和乳终消化产物的小肽(MW<10 kDa)组成,考察山羊初乳与常乳的消化特性。主要研究结果如下:1、应用定性蛋白质组学技术分析山羊乳与牛乳乳清蛋白、MFGM蛋白的组成及功能特性。在山羊乳与牛乳乳清中共鉴定出417种蛋白,其中的25种蛋白质是两者共有的,258种蛋白质是山羊乳乳清的特异表达蛋白,134种是牛乳乳清的特异表达蛋白。在山羊乳与牛乳MFGM中共鉴定出776种蛋白,其中的427种蛋白是山羊乳MFGM所独有的,183种蛋白是牛乳MFGM独有的,有166种蛋白在两者中都检测到。生物信息学分析结果显示山羊乳与牛乳乳清蛋白、MFGM蛋白在蛋白组成、GO功能注释、KEGG通路等方面都有很大差异。2、应用基于iTRAQ同位素标记的定量蛋白质组学技术对山羊乳与牛乳乳清蛋白、MFGM蛋白进行了定量表征。在山羊乳与牛乳乳清中鉴定到165种有定量信息的蛋白,其中114种为两种乳的乳清差异表达蛋白(差异倍数>1.50或<0.67,p<0.05)。生物信息学分析结果显示,这些乳清差异表达蛋白主要落入压力反应的生物学过程与补体与凝血级联代谢通路。在山羊乳与牛乳MFGM中有281种蛋白具有定量信息,其中的127种为两种乳的MFGM差异表达蛋白(差异倍数>1.50或<0.67,p<0.05)。生物信息学分析结果显示,这些MFGM差异表达蛋白含有很多翻译后修饰相关的蛋白,主要参与的生物学过程为胆固醇生物合成过程,主要富集的KEGG通路是系统性红斑狼疮与内质网蛋白质加工。3、应用定性蛋白质组学技术分析山羊初乳与常乳乳清蛋白、MFGM蛋白的组成及功能特性。在山羊初乳与常乳乳清中共鉴定出643种蛋白,其中两者共有195种蛋白,119种蛋白仅在初乳乳清中检测到,329种蛋白仅存在于常乳乳清中。关于MFGM蛋白,在山羊初乳与常乳中共鉴定出734种蛋白,其中149种蛋白是山羊初乳MFGM独有的,191种是常乳MFGM所独有的,两者共有394种蛋白。生物信息学分析结果显示山羊初乳与常乳乳清蛋白、MFGM蛋白在蛋白数量、组成及生物学功能方面存在很大差异。4、应用基于iTRAQ同位素标记的定量蛋白质组学技术分析山羊初乳与常乳乳清蛋白、MFGM蛋白。在山羊初乳与常乳乳清鉴定出有定量信息的165种蛋白质,其中69种蛋白为初乳与常乳的乳清差异表达蛋白(差异倍数>1.50或<0.67,p<0.05)。这些乳清差异表达蛋白主要参与防御反应的生物学过程、细胞外间隙的细胞成分、酶调节活性的分子功能和补体与凝血级联KEGG通路。在两种乳的MFGM中有定量信息的蛋白有322种,其中68种为初乳与常乳的MFGM差异表达蛋白(差异倍数>1.50或<0.67,p<0.05)。这些MFGM差异表达蛋白主要涉及单组织过程的生物学过程、膜结合细胞器的细胞成分以及碳水化合物衍生物结合的分子功能。5、构建婴儿体外消化模型,考察了消化过程中山羊初乳与常乳的消化特性。初乳的zeta电位值在整个消化过程中都比常乳的低。在十二指肠消化过程中,初乳zeta电位的绝对值从16.63±2.08 mV降至11.80±2.03 mV,而常乳的则先急剧下降后再上升(p<0.05)。初乳比常乳的原始粒径大,消化过程中两种乳的粒径都随着时间增加而减小,并在十二指肠消化的最后30分钟内粒径增加。初乳中很多高分子量蛋白质消化结束时不能被完全水解,初乳消化终产物肽段(<10 kDa)的76.67%源于酪蛋白,其中含量最高的是来自β-酪蛋白的肽段;对常乳来说,59.53%的消化终产物肽段(<10 kDa)源于酪蛋白,其中来源于αs1-酪蛋白的肽段位居首位。结果显示山羊初乳与常乳的消化差异主要表现在十二指肠消化的过程中。综上,本文对山羊乳与牛乳、山羊初乳与常乳中的乳清蛋白、MFGM蛋白进行了定性蛋白质组学分析,在此基础上开展了定量蛋白质组学的表征,深入考察了山羊乳与牛乳、山羊初乳与常乳中乳清蛋白、MFGM蛋白的组成及功能特性的差异,对山羊初乳与常乳的体外消化特性也进行了分析。研究数据提供了山羊乳与牛乳、山羊初乳与常乳乳清蛋白、MFGM蛋白全面详尽的信息,为今后深入研究这些蛋白的特定功能奠定基础,也为山羊乳与牛乳在我国乳制品行业的应用提供有用信息。
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