揭秘色氨酸及其代谢物调控断奶仔猪肌肉发育的 miRNA 机制：开启仔猪健康养殖新篇

《BMC Genomics》：The potential mechanism of MicroRNA involvement in the regulation of muscle development in weaned piglets by tryptophan and its metabolites

为探究色氨酸（Trp）及其代谢物对断奶仔猪肌肉发育的调控机制，西南大学研究人员开展相关研究。他们发现不同 Trp 水平导致 16 个差异表达 miRNA（DE miRNAs），这些 miRNA 参与肌肉发育相关途径。该研究为优化仔猪管理提供理论依据。

　　在养猪产业中，断奶阶段是仔猪成长的关键时期，却面临诸多挑战。此时仔猪从依赖母乳过渡到固体饲料，其肌肉发育对整体生长和肉质至关重要，直接影响生长速度。色氨酸（Trp）作为一种关键的必需氨基酸，在蛋白质合成、调节宿主生长等方面意义重大，尤其在肌肉发育中扮演着重要角色。它能通过代谢物如血清素（5-HT）和犬尿氨酸（KYN）影响肌肉细胞的增殖、分化和凋亡 。然而，在实际生产中，仔猪的营养摄入受多种因素制约，导致色氨酸摄入可能不足。同时，MicroRNA（miRNA，一类小的非编码 RNA，可通过识别和结合特定 mRNA 来调控基因表达 ）在肌肉发育中也起着重要作用，但在断奶仔猪肌肉发育过程中，miRNA 对色氨酸代谢的调控机制尚不清楚。为了深入了解这一调控机制，西南大学动物科学技术学院生物饲料与分子营养实验室的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《BMC Genomics》上。

研究人员为了探究色氨酸及其代谢物对断奶仔猪肌肉发育的调控机制，选取了 10 头 28 日龄断奶的阉割雄性杂交仔猪（杜洛克 × 长白 × 约克夏），随机分为对照组（CON，色氨酸水平 0.14%）和高色氨酸组（HT，色氨酸水平 0.35%），每组 5 头。仔猪在特定环境下饲养，经过 7 天预饲期后正式喂养 28 天，随后屠宰采集背最长肌样本。研究采用了多种关键技术方法：首先是转录组测序技术，通过提取背最长肌总 RNA，构建 cDNA 文库并进行 Illumina SE50 测序，获取基因表达数据；其次利用生物信息学分析方法，如 DESeq2 分析差异表达 miRNA，RNAhybrid 和 Miranda 软件预测靶基因，STRING 数据库和 Cytoscape 软件构建蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络等；最后使用 qRT-PCR 技术对 RNA-seq 结果进行验证。

研究结果如下：

1. miRNA 测序结果质量评估：RNA 测序得到大量高质量数据，测序错误率低，Q20、Q30 值及 GC 含量良好，样本间相关性高，表明数据适合后续分析。同时，对小 RNA（sRNA）进行分析，明确了 miRNA 的类型、数量及分布特征。
2. miRNA 的鉴定、筛选和表达模式分析：筛选特定长度的 sRNA 进行分析，发现 CON 组和 HT 组 miRNA 分布频率分别为 60.28% 和 61.69%，在所有 sRNA 中占比分别为 63.05% 和 62.22%。样本间相关性系数大于 0.973，主成分分析（PCA）显示组内重复性良好，TPM 密度分布表明样本间 miRNA 表达水平一致。
3. DE miRNAs 分析：与 CON 组相比，HT 组有 16 个 DE miRNAs，其中 10 个上调，6 个下调。层次聚类分析显示两组间这些 miRNA 表达差异显著。
4. DE miRNAs 靶基因网络构建：预测 DE miRNAs 的靶基因，构建了包含 16 个 DE miRNAs、441 个靶基因和 457 个节点的靶相互作用网络，这些靶基因可能在断奶仔猪肌肉发育调控中起关键作用。
5. DE miRNAs 靶基因功能富集分析：GO 富集分析发现 241 个显著富集的通路，涉及细胞分裂、增殖、肌肉发育等；KEGG 富集分析显示 40 个显著富集通路，包括多种与肌肉发育相关的信号通路；ClueGO 富集分析确定了 12 个显著富集通路；GSEA 富集分析表明 DE miRNAs 主要富集在相关代谢通路。这些结果表明色氨酸及其代谢物可能通过多个关键信号通路调节细胞过程，影响肌肉蛋白沉积。
6. DE miRNAs 靶基因 PPI 网络构建及基因簇获取：构建 PPI 网络并筛选出两个主要基因簇，其功能与细胞增殖、信号传导、激素释放和肌肉发育相关。
7. DE miRNAs 验证：qRT-PCR 验证结果显示，测序结果可靠性和准确性良好，qRT-PCR 数据趋势与 RNA-seq 数据一致，两者相关系数达 0.97。
8. miRNA 介导色氨酸调节断奶仔猪肌肉发育的潜在机制：结合富集结果，发现 PI3K-AKT、mTOR、cGMP-PKG、MAPK 和 Notch 信号通路可能是 miRNA 参与色氨酸及其代谢物调节断奶仔猪肌肉发育的主要生物学途径。

研究结论和讨论部分指出，肌肉是猪肉的主要组成部分，促进仔猪肌肉健康发育对提高养殖效益至关重要。色氨酸及其代谢物在肌肉发育中起着关键作用，适量补充色氨酸可促进动物骨骼肌生长。研究发现不同色氨酸水平会改变肌肉中 miRNA 的差异表达，这些 miRNA 通过多个靶基因及其相关蛋白参与肌肉发育相关途径，为 miRNA 调节断奶仔猪肌肉发育提供了新证据。然而，色氨酸代谢物在仔猪肌肉发育中调节 miRNA 的机制仍需进一步研究。该研究为后续研究和应用奠定了重要理论基础，有望推动畜牧业的发展 。