共培养体系下牛肌细胞与脂肪细胞相互调控的分子机制

The beef quality is closely related to the intramuscular fat content. When a large number of fat cells mixed deposited between the muscle fibers, the marbling beef which tastes tender and juicy formed. Therefore, to reveal the formation mechanisms of the marbling beef, the gene expression regulations of muscle cells and adipose cell proliferation and differentiation are critical. The muscle cells and fat cells could control their proliferation and differentiation by autocrine and paracrine, and affect the quality of beef ultimately. Study on single cell cultured in vitro due to ignore the interactions between muscle cells and adipose cell, can not reflect the true living environment in vivo. This project aimed to establish the co-culture system of cattle myoblasts and adipocyte, identify important functional genes and secreted proteins affecting myoblasts and adipocyte proliferation, differentiation by using high-throughput transcriptome sequencing and LC/MS, investigate the molecular mechanisms regulating cattle myoblasts and adipocyte interactions, preliminary reveal the molecular mechanisms of marbling beef traits formation. Our study will set a good foundation for high quality beef cattle breeding and high-grade beef production.

牛肉的品质与肌内脂肪含量密切相关。当大量脂肪细胞交杂沉积于肌纤维之间，便形成了肉质细嫩、柔软多汁的大理石纹牛肉。要系统揭示大理石纹牛肉形成的分子机理，必须从肌细胞和脂肪细胞增殖分化的基因表达调控着手。肌细胞与脂肪细胞可通过自分泌或旁分泌作用相互调控增殖和分化，最终影响牛肉品质。在体外单独培养的牛肌细胞或脂肪细胞中研究肉质性状基因表达调控由于忽视了肌细胞与脂肪细胞间的相互作用，并不能准确反映活体中的真实情况。因此，本项目拟通过建立牛肌细胞和脂肪细胞的体外共培养体系，利用高通量转录组测序、液质联用等技术，鉴定共培养体系下影响成肌细胞和前脂肪细胞增殖分化的重要功能基因及蛋白，揭示共培养条件下牛肌细胞与脂肪细胞相互调控的分子机理，初步阐明大理石纹牛肉形成的分子机制，为培育优质肉牛新品种和高档牛肉生产奠定良好基础。

大理石纹牛肉的形成是肌肉内脂肪细胞数量的增加和体积肥大的结果，其在很大程度上决定牛肉的嫩度、多汁性和风味，并直接影响牛肉质量等级评定。大理石纹牛肉中，肌细胞与脂肪细胞交杂分布，两种细胞可通过自分泌或旁分泌相互调控增殖和分化，最终影响牛肉品质。因此，本项目拟通过建立牛肌细胞和脂肪细胞的体外共培养体系，利用高通量转录组测序、蛋白质组学等技术，鉴定共培养体系下影响成肌细胞和前脂肪细胞增殖分化的重要功能基因及蛋白，揭示共培养条件下牛肌细胞与脂肪细胞相互调控的分子机理。本课题发明了一种新型细胞共培养装置，简便且经济；摸索确定了牛肌细胞与脂肪细胞的共培养条件，建立了两种细胞的共培养体系。该培养体系不仅实现了两种细胞的接触式共培养，同时又可以分离共培养体系中脂肪细胞或肌细胞，用于后续的形态学观察、高通量测序分析以及基因表达特性研究等。利用转录组测序的方法研究肌细胞与脂肪细胞的相互调控。结果显示：与对照组相比，共培养体系促进了脂肪细胞的成脂分化，促进了肌细胞的成脂分化及抑制其成肌分化。与单独培养的脂肪细胞相比，共培养第二天后共发现294个差异表达基因，第四天后共有1762个差异表达基因；与单独培养的肌细胞相比，共培养第二天后共发现155个差异表达基因；共培养第四天后共有1881个差异表达基因。在共培养与单独培养的细胞上清液中，共鉴定出27种差异表达的分泌蛋白。另外，还发现共培养体系中有新出现分泌蛋白11种，另外23种分泌蛋白在共培养体系中消失。后续的研究证实了筛选出的差异表达基因或分泌蛋白参与了肉牛肌肉-脂肪之间的对话。研究结果初步阐明了大理石纹牛肉形成的分子机制，为培育优质肉牛新品种和高档牛肉生产奠定了良好基础。