鸭蛋鱼腥味形成的分子机理研究

Flavin-containing monooxygenase 3 (FMO3) is the major form of flavin-containing monooxygenases presented in animal liver. It can catalyze lots of active substrates and Trimethylamine (TMA) is one of the most important ones. It has been identified that some mutations of FMO3 gene was related with fish odor syndrome on human, fish odor in milk and egg yolks and other animal by-products. Researches had shown that the mutations of FMO3 gene in chicken and quail lead to abnormal metabolism of TMA. The fish order also presented in duck eggs. However, the genetic mechanism of this trait has not been reported. The present study will start with cloning the full-length sequence, including exons, introns and upstream regulatory region, and then to analyze the correlation of duck FMO3 gene polymorphism with egg TMA concentration. The metabolism of TMA will be studied based on the expression level of FMO3, content of FMO3 protein and enzyme activity of FMO3. On the other hand, the intestinal microflora in duck will be analyzed using Metagenomics to identify the microbial mainly generating TMA or regulating the metabolism of TMA. In summary, the present study will clarify the effects of duck FMO3 function and gut microbe on egg fishy taint in Jingjiang duck.

含黄素单氧化酶3（FMO3）是存在于动物肝脏中起主要作用的含黄素单氧化酶，三甲胺（TMA）是FMO3主要的作用底物。研究表明FMO3基因与人类的鱼腥味综合症和一些畜禽产品表现的鱼腥味性状相关。鸡和鹌鹑的研究结果均表明FMO3突变会导致蛋中TMA代谢异常。鸭蛋也存在类似于鸡蛋和鹌鹑蛋一样的腥味，但形成机制尚未见有研究报道。本研究将从功能候选基因FMO3着手，在克隆得到鸭FMO3基因包括外显子、内含子和上游调控区序列全长的基础上，进行鸭FMO3基因序列多态与鸭蛋TMA含量之间的关联分析。继而检测FMO3转录水平、FMO3蛋白在肝脏等器官中丰度及FMO3酶活性的变化来判断不同环节变异对鱼腥味性状的影响。此外，研究还将对鸭肠道微生物进行宏基因组学分析，筛选决定肠道TMA产生以及调控鸭蛋TMA含量的微生物种类。最后整合以上5个方面的研究结果，确定FMO3功能以及肠道微生物对鸭蛋鱼腥味性状的影响。

我国是蛋鸭养殖和鸭蛋生产第一大国。目前新鲜鸭蛋因其直接食用的鱼腥味而占极少,为了解决这一问题，促进鸭蛋消费，本研究通过基因组、转录组、蛋白组和肠道微生物多组学分析阐述了鸭蛋鱼腥味的遗传基础。.在基因组水平上，研究确定鸭黄素单氧化酶3基因(Flavin-containing monooxygenase 3, FMO3)的多处突变与三甲胺(Trimethylamine,TMA)代谢和鸭蛋鱼腥味均不存在显著关联（P>0.05）。在转录水平上，研究发现鸭FMO3基因表达量显著高于鸡（P<0.05），加权基因共表达网络分析结果表明，FMO3基因转录本所属模块与鸭蛋TMA相关性最强(R=0.61)，且相对独立，与其它基因不存在关联，但鸭蛋TMA含量高低两尾蛋鸭群体之间FMO3相对表达量差异不显著（P>0.05），表明鸭FMO3 mRNA表达水平的变化不是调控TMA代谢的主要因素。蛋白质组结果表明，FMO3蛋白显著下调鸭蛋TMA含量(P=0.00876)。差异表达蛋白互作网络分析结果表明，除FMO3外，可能还有其它蛋白质辅助代谢TMA。此外，鸭蛋TMA含量随FMO3酶活上升而下降。除了以上围绕TMA代谢通路下游的氧化代谢的工作之外，本研究还关注了通路上游的TMA生成环节，比较了盲肠TMA含量高低两尾的肠道微生物组成，发现鸭盲肠内的两种微生物与TMA显著相关。其中Mucispirillum属细菌与TMA水平呈正相关，Akkermansia属细菌与TMA水平呈负相关。.因此，从鸭TMA的代谢全程来看。首先盲肠Mucispirillum属和Akkermansia属微生物影响TMA生成量的多少，TMA经肠道吸收和血液循环到达肝脏后，肝脏内FMO3mRNA表达、蛋白含量及酶活的高低决定TMA的氧化程度，这些环节共同调控TMA代谢，使鸭蛋表现不同程度的鱼腥味。