畜禽肌纤维发育规律及相关基因研究进展

肌肉组织分为骨骼肌、心肌和平滑肌3种类型。其中骨骼肌是畜禽最大的器官,约占畜禽身体质量的40%,它由大小、形状及肌肉收缩蛋白含量不同的肌纤维构成,对维持身体姿势、呼吸和体温调节是必不可少的。在肌纤维发育的各阶段,复杂的外在和内在机制共同调控着肌肉的发生,相关的信号机制在这当中起着决定性作用。畜禽的骨骼肌是主要的肉产品来源,而肉质性状的改善也是每个畜禽场的重要目标,因此对肌纤维的发生及相关机制的全面了解是很有必要的。本文通过整合1987—2022年国内外肌纤维研究相关文献,对肌纤维的发生、类型及调控机制进行了综述,重点介绍了与畜禽肌纤维发育规律相关的基因及信号通路,并对目前畜禽肌纤维调控机制研究存在的问题提出了建议和未来研究的方向进行了展望。     

蛋白聚糖在骨骼肌发育中作用的研究进展

蛋白聚糖是一类由1个核心蛋白和1个或多个共价连接的糖胺聚糖组成的大分子,根据分布位置不同,主要分为细胞膜表面蛋白聚糖,包括多配体蛋白聚糖家族(syndecans)、磷脂酰肌醇蛋白聚糖-1(glypican-1);细胞外基质蛋白聚糖,包括串珠蛋白聚糖(perlecan)、核心蛋白聚糖(decorin)。在不同类型的参与骨骼肌生理活动的大分子中,蛋白聚糖在过去几年中引起了极大的关注。蛋白聚糖通过调控一些细胞因子,如成纤维细胞生长因子(FGF-2)、肝细胞生长因子(HGF)影响骨骼肌卫星细胞的活化、增殖和迁移,从而影响骨骼肌的发育、修复和维持过程。     

猪肌纤维发育及其与肉质的关系

肌纤维是构成肌肉的基本单位,肌纤维的特性直接影响猪肉品质。本文就猪肌纤维的类型、肌纤维的生长发育规律及其各种影响因素、肌纤维的基因定位、肌纤维对肉质的影响等作一综述。     

microRNAs调控动物骨骼肌发育的研究进展

microRNAs(miRNAs)是一类重要的内源性非编码小分子RNA,参与调控机体生长、发育的各个环节。近年研究表明,miRNAs在动物骨骼肌发育过程中发挥着重要的调节作用。本文综述了目前已发现的调控动物骨骼肌发育的关键miRNAs。     

家禽骨骼肌肌纤维类型影响因素及其转化的研究进展

肌纤维是构成肌肉组织的基本单位。肌肉的肌纤维类型组成与肉品质密切相关,并可在机体生长发育、营养和饲养环境等外界刺激下发生变化。近年来,由于消费者和育种学家对肉品质的关注,家禽肌纤维类型及其转换规律已成为本领域的研究热点之一。随着组学研究技术的发展,转录组学、蛋白组学等技术已广泛应用于家禽肌纤维类型调控机理的研究,极大地推动了相关研究的进展。充分了解目前有关肌纤维类型转化的研究,是后续开展相关肉品质与调控机制研究的重要理论基础。在此背景下,作者介绍了肌纤维的结构组成及不同类型的分类方法,简述了肌纤维类型与家禽肌肉品质特征相关性状如肉色、pH、系水力和嫩度之间的关系,并总结了生长、品种、环境和饲养方式等因素对肌纤维类型的影响,重点讨论了现有的分子调控研究进展,旨在为家禽肌纤维类型转换机理的研究提供参考。最后,对未来优质肉鸡的育种方向提出了展望,希望随着现代分子生物技术的发展,单细胞/空间组学技术、基于CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术等前沿技术能在肌纤维类型研究领域广泛运用,肌纤维类型转换的机制研究将不断完善,并建立家禽肉质性状的分子选育方法。     

肉用家畜骨骼肌肌纤维类型转化的研究进展

骨骼肌是机体中最为丰富并高度特化的组织,约占全身重量的40%。大多数骨骼肌是由具有收缩、代谢、抗疲劳性以及病理生理情况下表现出不同易损性的各种肌纤维混合组成的。动物出生后肌纤维数目基本恒定,肌纤维的生长发育主要依赖于肌纤维维度的增加与类型的转化,而转化的结果将导致肌肉中的主要肌纤维类型占比发生改变,并直接影响到肉色、肌内脂肪沉积和嫩度等肉质性状,使肉质具有差异性。该文总结了肌纤维的分类及其特性,以及影响肌纤维类型转化的因素和机理,以期为骨骼肌肌纤维的分类及其转化以及家畜肉质的改善提供参考。     

circRNA对动物骨骼肌发育调控的研究进展

circRNA是一类反向剪接后,由3’末端和5’末端共价结合形成的环状非编码RNA,其广泛存在于多种生物细胞中,具有结构稳定、序列保守及细胞或组织特异性表达等特征。在真核生物中,编码蛋白质的RNA只占基因组的20%以下,其余为非编码RNA。ncRNA调控着生理发育过程中各种水平的基因表达,具有重要的生物学功能。本文综述了circRNA的来源和作用机制,circRNAs对动物骨骼肌细胞增殖分化的最新研究进展。     

PGC-1α与骨骼肌能量代谢和肌纤维类型转化关系的研究进展

过氧化物酶体增殖激活受体γ辅助激活因子α(peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-α,PGC-1α)是一种转录辅助激活因子,参与诱导线粒体增殖、适应性产热、脂肪酸氧化、糖异生和葡萄糖的吸收利用等多种能量代谢过程,以及肌纤维类型转化、心脏发育等生理活动,还与糖尿病、肥胖、心肌病和神经变形等疾病密切相关。笔者就PGC-1α与骨骼肌能量代谢和肌纤维类型转化关系的研究进展进行综述,以期为调控骨骼能量代谢和肌纤维类型转化提供新的思考方向。     

白藜芦醇对畜禽骨骼肌纤维类型转化的影响及其机理

白藜芦醇是自然界中广泛存在于葡萄、花生等植物中的一类多酚类化合物,具有广泛的生物学活性,如抗氧化、抗肿瘤、抗衰老、保护心血管等。近年来,白藜芦醇在骨骼肌纤维类型转化上的功能研究也得到越来越多的关注。研究表明,白藜芦醇能诱导酵解型肌纤维向氧化型肌纤维的转化,从而达到改善禽畜肉质的目的。本文将综合最新研究报道,总结白藜芦醇对骨骼肌纤维类型转化的影响及其可能的作用机理,为其在畜牧生产上的应用提供理论基础。     

肌纤维类型转化的分子信号通路及其营养调控进展

骨骼肌由不同类型的肌纤维组成,根据肌纤维肌球蛋白重链的不同,将肌纤维分为Ⅰ、Ⅱa、Ⅱx和Ⅱb型。骨骼肌中肌纤维类型的组成可影响屠宰后肉质,而肌纤维类型的转化则受体内多种信号通路和调控因子的调节以及饲粮营养因素的调控。本文对肌纤维转化的分子信号通路及其营养调控进行初步总结,为今后研究通过营养策略调控肉品质提供参考。     

Glut4突变调控脂肪重分布及肌纤维重塑的机制研究

旨在探讨Glut4基因突变后骨骼肌能量代谢及肌纤维转化的分子机制。本研究利用CRISPR/Cas9技术构建Glut4^Q177L突变鼠。选取22周龄健康的野生雄鼠和Glut4^Q177L突变雄鼠,即试验分为两组,每组3只,3个重复,进行表型评价和糖耐量、胰岛素耐量试验;荧光定量检测两组小鼠腓肠肌葡萄糖转运蛋白、脂代谢、肌纤维类型相关调控基因的表达差异;Western blot测定腓肠肌AMPK及其磷酸化蛋白含量。结果表明,突变鼠皮下脂肪和附睾脂重量显著低于对照组（P<0.05）;突变鼠糖耐量曲线下面积极显著增加（P<0.01）,表明其糖耐量受损;突变鼠血清中甘油三酯的含量显著下降（P<0.05）。相较于野生型小鼠,Glut4^Q177L突变鼠腓肠肌中Glut4、Glut1和Glut12等多个葡萄糖转运蛋白表达量显著升高（P<0.05）;葡萄糖摄取受限导致调控能量代谢关键基因AMPK在mRNA、蛋白和磷酸化修饰水平均显著升高（P<0.05）,同时促进与脂肪酸摄取与合成代谢相关的CD36和ATGL等基因表达上调（P<0.05）;慢速氧化型肌纤维（I型）和快速氧化型肌纤维（IIa型）相关基因表达极显著升高（P<0.01）,而快速酵解型纤维（IIb型）相关基因表达显著降低（P<0.05）。本研究结果显示,Glut4葡萄糖结合关键位点突变降低了骨骼肌和脂肪葡萄糖摄取能力,通过上调其它转运蛋白增加葡萄糖摄取;激活AMPK信号通路及分泌肌细胞因子调控脂肪分解以满足能量需求;促进线粒体丰富的氧化型肌纤维生成以提高能量利用效率。Glut4突变不仅可以为骨骼肌胰岛素抵抗提供有效的动物模型,还可以为家畜生物育种提供基因编辑参考位点。     

骨骼肌生长发育过程及调控研究现状

骨骼肌是哺乳动物最大的组织,其功能或再生特性的丧失会导致生长发育不良及肌肉骨骼疾病。骨骼肌有600多块单独的肌肉,起支撑和运动的作用。骨骼肌可以被机体自主控制,这也是其不同于平滑肌和心肌的一个特点。农业动物的骨骼肌是肉产品的主要来源,为人类提供优质的动物蛋白和营养物质。影响生长发育的因素众多,肌肉的生长和发育决定着肉的产量和品质,是农业动物生产中极其重要的经济性状。骨骼肌的生长、发育调控涉及众多基因及其相关通路的激活或沉默,是一个极其复杂的多层次调控网络。作者综述了骨骼肌的结构、组成和生长发育过程,介绍了包括生长因子和细胞因子等在内的多种调节因子对肌肉发育的调控作用,并结合现有研究结果预测到未来发展方向将是重要候选基因的体外和体内试验验证,最终转化到实际生产应用中,为骨骼肌生长发育的分子调控机制研究和肌肉遗传疾病的治疗提供理论基础和参考依据。     

非编码RNA与骨骼肌发育研究进展

骨骼肌作为脊椎动物机体的重要组织,其胚胎期发育起始于生皮肌节的肌源性祖细胞增殖、分化成的成肌细胞,进一步发育形成肌管,最终形成肌纤维。整个发育过程受到复杂严密的调控,任何调控异常都可能影响骨骼肌正常的发育过程。近年来研究表明,除了生肌调控因子、肌细胞增强因子、配对盒因子外,非编码RNA包括微小RNA（microRNA,miRNA）、长链非编码RNA（long noncoding RNA,lncRNA）和环形RNA（circular RNA,circRNA）都可作为重要的调节因子广泛参与调控骨骼肌发育过程。其中miRNA主要作用于靶mRNA,通过诱发靶mRNA的去稳定性和/或抑制翻译,在转录后水平调控相关基因表达;lncRNA长度较长,具有高级结构,可以在转录前和转录后水平,通过多种作用方式调控相关基因表达;circRNA主要作为miRNA "海绵",竞争性结合miRNA,进而参与骨骼肌发育调控网络。作者将从骨骼肌发育、miRNA作用机制、miRNA与骨骼肌发育、lncRNA作用机制、lncRNA与骨骼肌发育、circRNA作用机制、circRNA与骨骼肌发育7个方面进行综述,以期为研究非编码RNA调控骨骼肌发育提供参考。     

湖羊肌肉营养特点及肌纤维组织学特性

为了研究湖羊肌肉营养特点及肌纤维组织学特性,分别测定了不同年龄(初生、断奶、成年)湖羊肌肉中常规营养成分(水分、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分、钙、磷)、18种氨基酸的含量以及不同年龄湖羊不同部位肌肉(臂三头肌、股二头肌、背最长肌)的肌纤维组织学特性(肌纤维直径、肌纤维密度)。结果表明:随着年龄的增长,肌肉中水分含量显著降低(P0.05),粗脂肪、粗蛋白质、粗灰分、钙和磷的含量逐渐增加,且成年羊与初生羔羊和断奶羔羊之间差异显著(P0.05)。湖羊肌肉中苏氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸和精氨酸的含量随着年龄的增长而显著增加(P0.05),非必需氨基酸含量随着年龄的增长大致呈增加趋势。在湖羊肌肉的所有氨基酸中含量最高的是谷氨酸,其次是天冬氨酸。不同年龄湖羊的肌纤维直径均表现为背最长肌股二头肌臂三头肌,肌纤维密度均表现为背最长肌股二头肌臂三头肌,且同龄湖羊3个部位之间的肌纤维密度均差异显著(P0.05)。相同部位的肌肉,其肌纤维直径随年龄的增长而增大,肌纤维密度随年龄的增长而减小,且不同年龄间差异显著(初生羔羊与断奶羔羊的臂三头肌除外)(P0.05)。综上可知,湖羊肌肉营养丰富,氨基酸种类齐全,肌纤维组织学特性在不同年龄和不同部位间存在差异,断奶羔羊肉营养更丰富,更具香、嫩等特点。     

基因间长链非编码RNA在骨骼肌发育中的研究进展

骨骼肌是肉用动物机体最重要的组成部分,维持机体运动并为人类提供生活必需的肉产品,骨骼肌生长发育过程中调控机制的不同会引起肌肉产量和肉品质的差异。基因间长链非编码RNA (long intergenic noncoding RNA,lincRNA)是一类位于基因间区,具有较低蛋白编码潜能的长度大于200 nt的RNA。lincRNA的表达具有时空特异性和组织特异性,在表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多个方面发挥生物学功能。近年来,高通量RNA-seq技术的迅猛发展已经鉴定出了许多与骨骼肌发育相关的lincRNAs,人和小鼠等模式生物研究表明,lincRNA参与调控骨骼肌生长发育、肌细胞的生长增殖、迁移、分化和凋亡等各个环节。本文综述了lincRNA的进化保守性、与mRNAs相比lincRNA的特征、lincRNA在骨骼肌发育中的调控机制及其在畜禽中的研究进展。