基于SCD1研究奶牛乳腺合成顺9反11-共轭亚油酸的分子机制

Cis9, trans11-conjugated linoleic acid (cis9, trans11-CLA) is one of the research hotspots in the fields of functional dairy products development because of its multiple effects including anti-carcinogenic, immune system modulation. At present, the research on the synthesis mechanism of cis9, trans11-CLA is mostly confined to mice, goats and other animals. It is confirmed that genes such as stearoyl-coA desaturase 1 (SCD1) play a key role in the synthesis of cis9, trans11-CLA in these animals. However, few studies have been reported to elucidate the SCD1-dependent molecular mechanism of cis9, trans11-CLA synthesis in dairy cow mammary glands. Therefore, in the present project, transcriptome and proteome techniques will be employed for screening genes related to SCD1 in bovine mammary epithelial cells (MAC-T cells) based on our previous studies. Then the functions of these candidate genes will be investigated by using small RNA interference. Finally, milk epithelial cells (MECs) will be isolated from dairy cows with different levels of cis9, trans11-CLA, and the transcriptional and translational expressions of candidate genes and their correlation with SCD1 will be analyzed in MECs subsequently. This project will further reveal the SCD1-dependent molecular mechanism of cis9, trans11-CLA synthesis in the mammary gland of dairy cows.

顺9反11-共轭亚油酸由于具有抗癌、调节免疫力等多种功能，成为功能性乳制品开发研究热点。目前，有关顺9反11-共轭亚油酸合成机制的研究大多局限于小鼠、山羊等动物，研究结果证实硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）等基因在这些动物合成顺9反11-共轭亚油酸的过程中发挥关键作用。但是基于SCD1阐明奶牛乳腺合成顺9反11-共轭亚油酸分子机制的研究鲜有报道。针对该问题本项目拟以申请人的前期研究为基础，SCD1为切入点，利用转录组和蛋白质组联合分析从奶牛乳腺细胞发掘SCD1关联基因，然后使用小RNA干扰技术对候选基因进行功能研究；最后从顺9反11-共轭亚油酸高产奶牛和低产奶牛的牛奶中分别提取乳源奶牛乳腺细胞（MECs），用于分析候选基因在转录水平及翻译水平上的表达差异及它们与SCD1的关联性。预期成果将通过筛选SCD1关联基因进一步阐明奶牛乳腺合成顺9反11-共轭亚油酸的分子机制。

顺9反11-共轭亚油酸由于具有抗癌、调节免疫力等多种功能，成为功能性乳制品开发研究热点。有关顺9反11-共轭亚油酸合成机制的研究大多局限于小鼠、山羊等动物，研究结果证实硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）等基因在这些动物合成顺9反11-共轭亚油酸的过程中发挥关键作用。但是基于SCD1阐明奶牛乳腺合成顺9反11-共轭亚油酸分子机制的研究鲜有报道。针对该问题，本项目以主持人的前期研究为基础，SCD1为切入点，开展了以下3个研究：1.利用转录组和蛋白质组联合分析从奶牛乳腺细胞发掘SCD1关联基因；2.利用小RNA干扰对候选基因进行功能研究；3.候选基因动物验证分析。研究1发现，在转录组和蛋白质组联合分析中分别筛选到了SCD1相关基因50个和相关蛋白60个，它们主要参与了能量代谢和脂肪代谢的相关途径。研究2发现，与对照组相比，当PGAM1 (siRNA-1)、LDHB (siRNA-2, siRNA-3)、ALDOA (siRNA-1, siRNA-2, siRNA-3)被沉默后，SCD1的mRNA表达量极显著增加（P<0.01）；当PGAM1 (siRNA-1, siRNA-2, siRNA-3)、LDHB (siRNA-2, siRNA-3)、ALDOA (siRNA-1, siRNA-2, siRNA-3)被沉默后，细胞中TVA累积量极显著降低（P<0.01）；当PGAM1 (siRNA-1）、LDHB（siRNA-3）、ALDOA (siRNA-1）被沉默后，细胞中顺9反11-共轭亚油酸合成量极显著增加（P<0.01）。研究3发现，PGAM1的mRNA含量在顺9反11-共轭亚油酸高产奶牛组（HIGH组）极显著低于顺9反11-共轭亚油酸低产奶牛组（LOW组）（P<0.01）；LDHB的mRNA含量在HIGH组与LOW组无显著差异；ALDOA的mRNA含量在HIGH组显著低于LOW组（P<0.05）。本项目研究表明PGAM1、LDHB、ALDOA与SCD1负相关，参与调控奶牛乳腺合成顺9反11-共轭亚油酸；该机制的揭示也适用于其它反刍动物，具有一定的理论意义和应用价值。