營養(yǎng)與動物基因

關于營養(yǎng)與動物基因第2頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1、營養(yǎng)學的發(fā)展史戰(zhàn)國時，《黃帝內(nèi)經(jīng)?素問》：“五谷為養(yǎng)、五果為助、五畜為益、五菜為充”明朝李時珍的《本草綱目》西方：文藝復興、產(chǎn)業(yè)革命后為近代營養(yǎng)學奠定了基礎。第3頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1.1

歷史——三階段階段一：從18世紀中葉到19世紀中葉此期的最大成就是法國化學家AntoineLavoisier（1743-1794）創(chuàng)立了燃素學說，奠定了營養(yǎng)學的理論基礎。第4頁,共91頁，2024年2月25日，星期天階段二：從19世紀中葉到20世紀30-40年代此階段的主要成就是認識到了蛋白質、脂肪和碳水化合物三大有機物是人體必需養(yǎng)分。大部分研究集中在這三大養(yǎng)分及能量利用率上，并開始積累有關礦物元素的資料。為發(fā)現(xiàn)和研究各種營養(yǎng)素的鼎盛時期.第5頁,共91頁，2024年2月25日，星期天階段三：從20世紀40年代至今——營養(yǎng)學的形成與發(fā)展階段從30年代開始，維生素、氨基酸、必需脂肪酸、無機元素、能量代謝、蛋白質代謝的研究取得巨大進展。在30-40年代，分離并闡明了維生素的化學結構以后，微量養(yǎng)分的營養(yǎng)就初步形成了。第6頁,共91頁，2024年2月25日，星期天20世紀30年代，國外創(chuàng)立了營養(yǎng)學，營養(yǎng)學是在美國的營養(yǎng)學會成立之后才被正式承認的。它綜合應用了化學、生物化學、微生物學、生理學、醫(yī)學等多門學科的基本原理。第7頁,共91頁，2024年2月25日，星期天40年代開始了對氨基酸的營養(yǎng)研究。50年代，對微量元素、維生素、氨基酸這些微量養(yǎng)分的營養(yǎng)功能和需要量進行了大量研究.二十一世紀分子營養(yǎng)學為又一研究熱點,主要涉及營養(yǎng)與免疫,營養(yǎng)與基因表達等等.第8頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.分子營養(yǎng)學(molecularnutrition)

主要是研究營養(yǎng)素與基因之間的相互作用及其對機體健康影響的規(guī)律和機制，并據(jù)此提出促進健康和防治營養(yǎng)相關疾病措施的一門學科。一方面研究營養(yǎng)素對基因表達的調(diào)控作用；另一方面研究遺傳因素對營養(yǎng)素消化、吸收、分布、代謝和排泄的決定作用。第9頁,共91頁，2024年2月25日，星期天molecularnutrition

在此基礎上,探討二者相互作用對生物體表型特征影響的規(guī)律,從而針對不同基因型及其變異、營養(yǎng)素對基因表達的特異調(diào)節(jié),制訂出營養(yǎng)素需要量、供給量標準，為促進健康,預防和控制營養(yǎng)缺乏病、營養(yǎng)相關疾病和先天代謝性缺陷提供真實、可靠的科學依據(jù)。第10頁,共91頁，2024年2月25日，星期天3.分子營養(yǎng)學的發(fā)展簡史1908年GarrodAE博士首先使用了“inbornerrorofmetabolism”,提出了基因－酶的概念(理論)。1948年Gibson發(fā)現(xiàn)“recessivemethemoglobinemia”是由于依賴NADH的高鐵血紅蛋白還原酶缺乏所致。1952年Cori證明葡萄糖-6-磷酸酶缺乏可導致“VonGierke’sdisease”。1953年Jervis的研究表明“phenylketonuria（PKU）”的發(fā)生是由于苯丙氨酸羧化酶缺乏所致。第11頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1985年SimopoulosAP博士在西雅圖舉行的“海洋食物與健康”的會議上,首次使用了分子營養(yǎng)學這個名詞。 由于分子生物學、分子遺傳學、生理學、內(nèi)分泌學、遺傳流行病學等的快速發(fā)展及這些新知識向營養(yǎng)學研究領域的滲透,從1988年開始分子營養(yǎng)學研究進入了黃金時代。第12頁,共91頁，2024年2月25日，星期天一、分子營養(yǎng)學定義近幾十年，隨著分子生物學理論與實驗技術在生命科學領域各個學科的滲透及應用，產(chǎn)生了許多新興學科。分子營養(yǎng)學就是營養(yǎng)學與現(xiàn)代分子生物學原理和技術有機結合而產(chǎn)生的一門新興邊緣學科。分子營養(yǎng)學(molecularnutrition)主要是研究營養(yǎng)素與基因之間的相互作用（包括營養(yǎng)素與營養(yǎng)素之間、營養(yǎng)素與基因之間和基因與基因之間的相互作用）及其對機體健康影響的規(guī)律和機制，并據(jù)此提出促進健康和防治營養(yǎng)相關疾病措施的一門學科。

第13頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、分子營養(yǎng)學的研究對象

2.基因表達的過程及其產(chǎn)物（mRNA、蛋白質）。

1.與營養(yǎng)相關的基因結構及其相關的DNA和染色體結構。3.膳食因素（營養(yǎng)素、植物化學物等其他非營養(yǎng)素）和膳食構成。4.機體健康的作用。第14頁,共91頁，2024年2月25日，星期天三、分子營養(yǎng)學的主要研究內(nèi)容篩選和鑒定機體對營養(yǎng)素作出應答反應的基因。明確受膳食調(diào)控基因的功能。研究營養(yǎng)素對基因表達和基因組結構的影響及其作用機制，一方面可從基因水平深入理解營養(yǎng)素發(fā)揮已知生理功能的機制，另一方面有助于發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)素新的功能。鑒定與營養(yǎng)相關疾病有關的基因，并明確在疾病發(fā)生、發(fā)展和疾病嚴重程度中的作用。第15頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

利用營養(yǎng)素修飾基因表達或基因結構，以促進有益健康基因的表達，抑制有害健康基因的表達。

篩選和鑒定機體對營養(yǎng)素反應存在差異的基因多態(tài)性或變異[genepolymorphismandgeneticvariation]。

基因多態(tài)性或變異對營養(yǎng)素消化、吸收、分布、代謝和排泄的影響及其對生理功能的影響。

基因多態(tài)性對營養(yǎng)素需要量的影響?；蚨鄳B(tài)性對營養(yǎng)相關疾病發(fā)生發(fā)展和疾病嚴重程度的影響。分子營養(yǎng)學實際應用價值第16頁,共91頁，2024年2月25日，星期天營養(yǎng)素與基因相互作用導致營養(yǎng)相關疾病和先天代謝性缺陷的過程及機制。生命早期飲食經(jīng)歷對成年后營養(yǎng)相關疾病發(fā)生的影響及機制。根據(jù)上述研究結果，為促進健康和防治營養(yǎng)相關疾病，制定膳食干預方案；個體化的營養(yǎng)素需要量；特殊人群營養(yǎng)相關疾病敏感人群）的特殊膳食指南及營養(yǎng)素供給量；營養(yǎng)相關疾病病人的特殊食療配方等。根據(jù)基因與營養(yǎng)素相互作用的原理，構建轉基因動物，開展基因治療和以營養(yǎng)素為母體開發(fā)治療營養(yǎng)相關疾病的藥物。第17頁,共91頁，2024年2月25日，星期天營養(yǎng)素調(diào)控基因表達的基本途徑營養(yǎng)素細胞受體結合調(diào)節(jié)酶轉錄因子基因功能基因表達第18頁,共91頁，2024年2月25日，星期天蛋白質合成營養(yǎng)素調(diào)控基因表達DNA轉錄前RNA聚合酶轉錄轉錄后翻譯蛋白質翻譯后基因丟失基因擴增基因重排甲基化修飾順式反式調(diào)整作用元素：肽類激素、固醇激素、維生素、礦物元素啟動子增強子沉寂子去鱗酸化磷酸化糖基化戴帽：甲基化形成帽子結構加尾：mRNA前體de3’-OH添加100~200polyA注冊成肽肽鏈延長切除信號肽磷酸化糖基化循環(huán)一次乙?；咸烟恰⑷ゼ谆I上腺素、鐵、硒對蛋白受體第19頁,共91頁，2024年2月25日，星期天以酶為靶標篩選功能因子酶為靶標篩選功能因子成為研究熱點酶參與機體的各種代謝活動(消化吸收、代謝排泄、激素調(diào)節(jié)、造血功能、神經(jīng)調(diào)節(jié)、免疫反應）人體發(fā)生的任何病變都有酶的作用參與通過促進或者抑制酶的活性可以達到改善生理功能的作用,使疾病得到控制和根治第20頁,共91頁，2024年2月25日，星期天四、分子營養(yǎng)學的研究方法1、營養(yǎng)學研究方法。2、分子生物學實驗技術與方法（Northernblot,RT-PCR,mRNA差異顯示，westernblot,基因芯片、基因敲除、轉基因動物）。3、分子遺傳學研究方法。4、分子流行病學研究方法。5、生物化學研究方法。6、細胞生物學研究方法。第21頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

動物產(chǎn)品是人類重要的食物來源,而且是重要的優(yōu)質蛋白源，含有人類生長發(fā)育所需要的全部必須氨基酸與味道鮮美的多種鮮味氨基酸。篩選培育具有優(yōu)良經(jīng)濟生產(chǎn)性狀的養(yǎng)殖品種以及采用遺傳改良或營養(yǎng)調(diào)控加強優(yōu)良性狀的相關基因選擇和表達,對提高經(jīng)濟效益,與可持續(xù)方向發(fā)展具有重要的理論和應用價值。第22頁,共91頁，2024年2月25日，星期天主要內(nèi)容第一節(jié)轉基因動物在動物營養(yǎng)研究中的應用第二節(jié)營養(yǎng)與基因表達第23頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)轉基因動物在動物營養(yǎng)研究中的應用一、基因對動物生長和胴體組成的調(diào)控二、改變動物體內(nèi)的生化途徑三、改變動物的產(chǎn)品成分四、提高動物的抗逆性能五、改善動物的肉質第24頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)轉基因動物在動物營養(yǎng)研究中的應用*分子生物學理論和技術的發(fā)展使人們已能通過把單個或多個基因轉移到動物體內(nèi)，改變動物或動物產(chǎn)品的性狀，使之滿足人們的需要。*轉基因動物為動物營養(yǎng)研究提供了新的模型。第25頁,共91頁，2024年2月25日，星期天自從Palmiter等（1982）獲得“超級小鼠”以來，許多實驗室已得到各種類型的轉基因動物，如兔、豬、羊、牛、魚等等。這一技術的成熟和完善為外源基因對動物生長代謝調(diào)控的研究創(chuàng)造了有利的條件。轉基因動物在動物營養(yǎng)研究中的應用主要表現(xiàn)在以下方面：一、調(diào)控動物生長和胴體組成二、改變動物體內(nèi)的生化途徑三、改變動物的產(chǎn)品成分四、提高動物的抗逆性能五、改善動物的肉質第26頁,共91頁，2024年2月25日，星期天WhatisGeneticallyModified？什么是轉基因？將不同來源的DNA分子進行重組，克服了天然物種生殖隔離的屏障，將具有某種特性的基因分離和克隆，再轉接到另外的生物細胞內(nèi)。從而可以按照人們的意愿創(chuàng)造出自然界中原來并不存在的新的生物功能和類型。第27頁,共91頁，2024年2月25日，星期天“轉基因技術”

（GeneticallyModifiedTechnology）是指使用基因工程或分子生物學技術(不包括傳統(tǒng)育種、細胞及原生質體融合、雜交、誘變、體外受精、體細胞變遷及多倍體誘導等技術)，將遺傳物質導入活細胞或生物體中，產(chǎn)生基因重組現(xiàn)象，并使之表達并遺傳的相關技術；第28頁,共91頁，2024年2月25日，星期天轉基因生物的種類？目前已經(jīng)進入食品領域的三類轉基因生物包括：

轉基因動物轉基因植物（最多，最重要）轉基因微生物第29頁,共91頁，2024年2月25日，星期天現(xiàn)在國內(nèi)都有哪些轉基因食品？第一批列入目錄的農(nóng)業(yè)轉基因生物是：大豆：大豆種子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕玉米：玉米種子、玉米、玉米油、玉米粉油菜：油菜種子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕棉花種子番茄：番茄種子、鮮番茄、番茄醬第30頁,共91頁，2024年2月25日，星期天現(xiàn)在市場上常見的小西紅柿算是轉基因食品么？

小西紅柿其實并不屬于轉基因食品，它是通過常規(guī)育種方法培育的。第31頁,共91頁，2024年2月25日，星期天為什么會對轉基因食品有恐懼心理？據(jù)專家分析，轉基因食品在基因重組與改變過程中，可能產(chǎn)生某種毒性、過敏性，生成抗營養(yǎng)因子。引起營養(yǎng)成分改變，或者某種抗抗生素基因隨食品轉移到腸道，使抗生素對該機體從此失去療效。就目前而言，還沒有發(fā)現(xiàn)轉基因食品對人類有害，但同時也缺乏證據(jù)證明它的無害性，因此產(chǎn)生了一些爭論。第32頁,共91頁，2024年2月25日，星期天從本質上講，轉基因生物和常規(guī)育種的品種是一樣的．兩者都是在原有的基礎上對某些性狀進行修飾，或增加新性狀、或消除原有不利性狀。有意識的雜交育種已有100多年的歷史．第33頁,共91頁，2024年2月25日，星期天為什么對轉基因植物進行安全性分析?

不要求對常規(guī)育種的品種作系統(tǒng)的安全性評價？第34頁,共91頁，2024年2月25日，星期天原因：常規(guī)有性雜交僅限于種內(nèi)或近緣種間。轉基因植物中的外源基因可來自植物、動物、微生物，人們對可能出現(xiàn)的新組合、新性狀能否影響人類健康和生物環(huán)境還缺乏足夠的知識和經(jīng)驗。按目前科學水平還不可能完全精確地預測一個外源基因在新的遺傳背景中會產(chǎn)生什么樣的互作作用。第35頁,共91頁，2024年2月25日，星期天從理論上講，基因工程中所轉的外源基因是已知的有明確功能的基因。它與遠源有性雜交中的高度隨機過程相比，其轉基因后果應當可以更精確地預測，在應用上也更加安全。第36頁,共91頁，2024年2月25日，星期天轉基因植物的安全性爭論支持派認為：如果轉基因農(nóng)業(yè)生物技術得不到社會支持，這一研究將被扼殺，并且強調(diào)，迄今為止并沒有發(fā)現(xiàn)轉基因食品危害人體健康和環(huán)境的確切證據(jù)。第37頁,共91頁，2024年2月25日，星期天美國人食用轉基因食品已多年，超級市場上有4000多種商品是含有轉基因植物成分的，還沒有事例證明人吃了以后會得病，甚至會引起死亡。

加拿大、澳大利亞也是轉基因食品的生產(chǎn)大國，均有幾千萬人在吃，到現(xiàn)在為止也沒有—個案例說明它有問題。第38頁,共91頁，2024年2月25日，星期天反對派的觀點一英國科學家聲稱，轉基因馬鈴薯會減弱老鼠免疫系統(tǒng)功能；美國康乃爾大學也發(fā)現(xiàn)，轉基因玉米會危害蝴蝶幼蟲及其相關生態(tài)環(huán)境。第39頁,共91頁，2024年2月25日，星期天環(huán)保團體認為這種違反自然的轉基因作物及產(chǎn)品，未經(jīng)長期安全測試，長期食用可能對人類及生態(tài)環(huán)境造成負面影響。尤其是注重環(huán)境和生態(tài)保護的歐盟國家，對轉基因作物更加排斥，因而抵制美國GMO產(chǎn)品的進口。第40頁,共91頁，2024年2月25日，星期天轉基因食品的安全性問題在哪里？第41頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1、食物安全性因素（1）轉基因產(chǎn)物的直接影響：包括營養(yǎng)成分、毒性或增加食物過敏性物質的可能；（2）轉基因間接影響：經(jīng)遺傳工程修飾的基因片段導入后，引發(fā)基因突變或改變代謝途徑，致使其最終產(chǎn)物可能含有新的成分或改變現(xiàn)有成分的含量所造成的間接影響；

第42頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（3）植物里導入了具有抗除草劑或毒殺蟲功能的基因后，它是否也象其他有害物質一樣能通過食物鏈進入人體內(nèi)；（4）轉基因食品經(jīng)由胃腸道的吸收而將基因轉移至胃腸道微生物中，從而對人體健康造成影響第43頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2、環(huán)境安全性因素（1）轉基因生物對農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的影響；（2）產(chǎn)生超級雜草的可能；（3）種植抗蟲轉基因作物后可能使害蟲產(chǎn)生免疫并遺傳、從而產(chǎn)生更加難以消滅的“超級害蟲”；第44頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（4）轉基因向非目標生物漂移的可能性；（5）其他生物吃了轉基因食物是否會產(chǎn)生畸變或滅絕；（6）轉基因生物是否會破壞生物的多樣性等。第45頁,共91頁，2024年2月25日，星期天對于普通公眾來說又是怎樣呢?統(tǒng)計表明，基因工程研究約8個月就會翻一番，美國財政部部長拉里薩莫斯形象地將此比喻成人類還戴著尿布就已邁人了青年時期。這種迅猛的發(fā)展速度的確超出了普通公眾的理解能力，加上各有所圖的利益集團有目的的宣傳，同時，人們獲得信息的渠道、科學的分辨能力、對新知識的認知程度和理解方式又是千差萬別，都會使他們對轉基因食品產(chǎn)生不同態(tài)度，從而引發(fā)爭論。第46頁,共91頁，2024年2月25日，星期天轉基因食品存在的最大理由：轉基因食品并不會比常規(guī)育種有更多的危險，恰恰相反，更大的危險是世界上60億人口中還有12億人仍在溫飽線上掙扎。預計2050年將達到90億，而發(fā)展中國家現(xiàn)有8.4億人營養(yǎng)不良，13億人陷于貧困。第47頁,共91頁，2024年2月25日，星期天轉基因主要是通過生物技術的方法來加快傳統(tǒng)育種的過程,例如過去要通過10年才能選育出一個品種，但通過轉基因方法可能只需2－3年就可以完成。第48頁,共91頁，2024年2月25日，星期天Thecountriesappliedgeneticengineering

利用基因工程技術較多的國家America40,000,000hectare

美國4000萬公頃Canada12,800,000hectare

加拿大1280萬公頃Argentina7,500,000hectare

阿根廷750萬公頃Australia,Mexico,Spain,France,SouthAfricamorethan100,000hectare澳大利亞、墨西哥、西班牙、法國、南非合計達10萬公頃以上第49頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

生長是一個非常復雜的過程，它受到各種激素、主動因子、輔助因子間相互作用的影響，也受到營養(yǎng)條件和環(huán)境因素的影響，其中由基因編碼的蛋白激素顯得特別重要。這種串聯(lián)作用因素開始于下丘腦和腦垂體，包括肝臟，并最終作用于各器官。*各種GH轉基因動物的研究一、基因對動物生長和胴體組成的調(diào)控第50頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、改變動物體內(nèi)的生化途徑改變動物的代謝途徑，提高經(jīng)濟動物的產(chǎn)量1.重建某些丟失的代謝途徑；2.導入目前在動物體內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)的代謝途徑。采用外來其它基因，加工后用于哺乳動物的表達。研究的重點是設法導入代謝途徑中的關鍵因素。第52頁,共91頁，2024年2月25日，星期天三、改變動物的產(chǎn)品成分導入適當?shù)耐庠椿蛞愿淖儎游锂a(chǎn)品成分。CASE：基因工程改變動物奶成分，使接近人乳成分，適于嬰兒喂養(yǎng)：1.將乳腺特異性啟動子控制下的乳糖酶基因導入?；蜓?，使之表達，可使奶中的乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。這種奶可供因缺乏乳糖酶而不能利用乳糖的病人飲用。2.使用反義RNA進行表達，阻斷某些酶蛋白的合成，抑制乳腺中脂肪的合成，降低乳脂率，調(diào)節(jié)奶組成。第53頁,共91頁，2024年2月25日，星期天四、提高動物的抗逆性能

五、改善動物的肉質第54頁,共91頁，2024年2月25日，星期天轉基因動物研究中出現(xiàn)的問題整合效率低，成本高。轉移基因的表達不理想。動物生產(chǎn)性狀的多基因與目的基因之間的矛盾沖突。轉基因動物產(chǎn)品的安全性問題。第55頁,共91頁，2024年2月25日，星期天總之，轉基因動物研究對傳統(tǒng)理論是一個挑戰(zhàn)，對人類生存有一定的負面效應，因此要認真對待其安全性問題。盡管存在上述問題，但已有的轉基因技術成果已給動物生產(chǎn)帶來了無限光明。許多生物學家預言“二十一世紀將是人類向生物技術要糧食，要奶、肉、蛋的世紀”，利用轉基因動物造福人類的前景無疑是光明而誘人的。轉基因動物的出現(xiàn)為進一步研究提供了先進的手段和方法，將使營養(yǎng)學的理論水平和實際應用產(chǎn)生質的飛躍。第56頁,共91頁，2024年2月25日，星期天動物營養(yǎng)學雖然確立了動物的必需養(yǎng)分及其需要量，但按照所確立的需要量配制飼糧并飼喂兩個不同的個體或兩種不同條件下的同一個體,所產(chǎn)生的結果不會一樣。傳統(tǒng)的營養(yǎng)學不能解釋和解決這種差異。分子生物學的發(fā)展及其在營養(yǎng)學中的應用,從分子水平上弄清養(yǎng)分的代謝過程和規(guī)律,準確確定動物群體及個體的營養(yǎng)需要,掌握養(yǎng)分攝入過量及缺乏的后果,預防和治療營養(yǎng)代謝疾病以及解決其他營養(yǎng)問題將成為可能。第57頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

營養(yǎng)與基因表達的關系及其作用機制已成為分子生物學的重要研究內(nèi)容及營養(yǎng)學的新興研究領域，在過去10余年中取得了較大進展。營養(yǎng)和基因表達的一般關系表現(xiàn)為兩個方面:1.養(yǎng)分的攝入量影響基因表達;2.基因表達的結果影響?zhàn)B分的代謝途徑和代謝效率,并決定營養(yǎng)需要量。第二節(jié)營養(yǎng)與基因表達第58頁,共91頁，2024年2月25日，星期天主要內(nèi)容一、基因表達二、營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的含義三、基因表達調(diào)控的核心區(qū)域四、營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的作用機理五、營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的途徑六、能量蛋白質對基因表達的影響七、氨基酸對基因表達的影響八、脂肪酸對基因表達的影響九、碳水化合物對基因表達的影響十、礦物質和維生素對基因表達的影響十一、營養(yǎng)調(diào)控基因表達的應用前景第59頁,共91頁，2024年2月25日，星期天研究營養(yǎng)物質對基因表達的影響包括：1.確定與這些生命現(xiàn)象密切相關的基因；2.基因是如何受到表達調(diào)控的；3.哪些營養(yǎng)因素影響基因的表達,信號是如何傳遞的？第60頁,共91頁，2024年2月25日，星期天一、基因表達1.基因表達是指編碼某種蛋白質的基因從轉錄、mRNA的加工與成熟、RNA的翻譯、蛋白質的加工,到活性(功能)蛋白質的形成的過程。2.基因表達受到嚴格的調(diào)控,這些調(diào)控包括轉錄調(diào)控、RNA加工調(diào)控、RNA轉運調(diào)控、翻譯調(diào)控、mRNA穩(wěn)定性調(diào)控及翻譯后的調(diào)控。每一個調(diào)控點都與養(yǎng)分直接或間接有關。第61頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的含義營養(yǎng)對基因表達的調(diào)控是指生物體攝入的營養(yǎng)物質經(jīng)過一系列的轉運及信號傳遞，將信號傳遞到細胞核或細胞質中，從而與其他因素一起調(diào)控染色質的活化、DNA的復制與轉錄、mRNA的穩(wěn)定遺傳及其翻譯過程。第62頁,共91頁，2024年2月25日，星期天三、基因表達調(diào)控的核心區(qū)域1.真核細胞的mRNA的5’和3’端的堿基不能翻譯成蛋白質,稱為非編碼區(qū)(UTR)。UTR含有控制mRNA的腺苷聚合、穩(wěn)定性、在細胞中的分布定位以及翻譯的調(diào)節(jié)信號,對基因表達的調(diào)節(jié)起著核心作用。2.不少養(yǎng)分對基因表達的調(diào)控作用是通過UTR,特別是3’UTR實現(xiàn)的。第63頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第64頁,共91頁，2024年2月25日，星期天四、營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的作用機理1.從DNA到RNA再到蛋白質的途徑中，基因表達的每一步都受到一系列的控制，其中包括：轉錄控制、信使RNA加工控制、信使RNA的穩(wěn)定性控制、翻譯控制以及翻譯后控制。每一個控制點都以某種方式對營養(yǎng)物質作出反應。2.營養(yǎng)物質或其最終信號分子是通過與特定蛋白質因子結合，形成反式作用要素，與DNA或mRNA結合后調(diào)控基因的表達；3.研究表明,營養(yǎng)對基因表達的作用主要發(fā)生在轉錄或翻譯前水平。第65頁,共91頁，2024年2月25日，星期天*順式作用要素與反式作用要素1.順式作用要素：大多數(shù)基因，特別是真核基因，轉錄控制比翻譯控制的作用強，而且是由DNA上的啟動子部位發(fā)揮作用的。這一DNA部位是負責結合RNA聚合酶以及許多轉錄因子的，它們是順式作用要素。2.反式作用要素是由那些影響轉錄的其他因子（通常為蛋白質）所組成的。這些因子可能是蛋白質或肽類激素，是一種維生素-受體蛋白質，一種礦物質或一種礦物質-蛋白質復合物，一種類固醇激素-受體蛋白質復合物。第66頁,共91頁，2024年2月25日，星期天五、營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的途徑1.營養(yǎng)物質直接調(diào)控基因的表達

營養(yǎng)物質直接進入細胞核或細胞質內(nèi)，調(diào)控基因的表達。*一些維生素、甾醇類激素和礦物元素以該方式參與調(diào)控基因表達。第67頁,共91頁，2024年2月25日，星期天五、營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的途徑2.營養(yǎng)物質間接調(diào)控（1）營養(yǎng)物質通過激素介導基因表達調(diào)控***糖類和氨基酸主要以此方式介導基因的表達調(diào)控CASE：營養(yǎng)物質中碳水化合物含量的多少對磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因表達的調(diào)控就是通過激素的變化來實現(xiàn)的。當營養(yǎng)物質中含有大量糖類時，由于胰島素的作用而抑制了該基因的轉錄，導致其水平下降；當禁食或含低糖時，情況則剛剛相反。第68頁,共91頁，2024年2月25日，星期天五、營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的途徑2.營養(yǎng)物質間接調(diào)控（2）營養(yǎng)物質通過其代謝產(chǎn)物介導基因表達調(diào)控Case：視黃醇對基因表達的調(diào)控就是通過其代謝產(chǎn)物視黃酸介導的。視黃酸對基因的表達調(diào)控與腫瘤細胞的分化、胚胎的發(fā)育以及疾病的發(fā)生密切相關脂肪酸對基因表達的調(diào)控也主要通過中間代謝產(chǎn)物脂肪酰輔酶-硫脂來介導。第69頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第70頁,共91頁，2024年2月25日，星期天六、能量蛋白質對基因表達的影響1.動物生長受遺傳、激素和營養(yǎng)狀況的控制；2.生長激素(GH)是控制動物出生后生長的主要激素。GH對生長的控制必須通過GH受體(GHR)及類胰島素生長因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)的作用才能實現(xiàn)；3.除GH外,營養(yǎng)狀況是調(diào)控IGF-Ⅰ的重要因素，營養(yǎng)不良對GHR和IGF-Ⅰ基因的表達具有直接的抑制作用,該作用與激素水平無關,且是GH作用受阻的重要原因。第71頁,共91頁，2024年2月25日，星期天4.激素或營養(yǎng)對基因表達的調(diào)控作用具有組織特異性和基因種類特異性。能量(以葡萄糖形式)似乎主要調(diào)控GHR的表達,而蛋白質(以氨基酸形式)主要調(diào)控IGF-Ⅰ基因的表達。5.肝臟是營養(yǎng)及代謝狀況的感受器,是營養(yǎng)與基因互作的主要位點。第72頁,共91頁，2024年2月25日，星期天七、氨基酸對基因表達的影響1.氨基酸除參與IGF-Ⅰ和GHR基因表達的調(diào)節(jié)外,還與多種其他基因表達的調(diào)節(jié)有關。2.必需氨基酸的缺乏可以通過提高轉錄率而誘導多種基因的表達,如c-myo、c-jun、鳥氨酸脫羧酶、天冬氨酸合成酶、核糖體蛋白L-17等與氨基酸代謝有關的基因。3.氨基酸缺乏時,氨基酸轉運載體A(一種依賴于Na+的中性氨基酸轉運載體)的表達率增加。第73頁,共91頁，2024年2月25日，星期天八、脂肪酸對基因表達的影響1.日糧脂肪有抑制肝臟的脂肪合成作用，對脂肪合成酶系具有直接的抑制作用(脂酰輔酶A是變構抑制劑)。2.n-6和n-3多不飽和脂肪酸(PUFA)能抑制肝臟脂肪合成所需的多種酶。受PUFA抑制的生脂酶包括脂肪酸合成酶、乙酰輔酶A羧化酶(ACC)、6-磷酸葡萄糖脫氫酶、硬脂酰CoA脫飽和酶、L-丙酮酸激酶等。3.PUFA的主要作用機制是抑制基因轉錄,降低mRNA水平。第74頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第75頁,共91頁，2024年2月25日，星期天九、碳水化合物對基因表達的影響1.高碳水化合物飼糧促進脂肪的合成,其作用涉及基因轉錄、mRNA的加工和穩(wěn)定性。2.碳水化合物中起調(diào)節(jié)作用的關鍵成分是葡萄糖，某些基因的最大表達可能需要葡萄糖與激素的協(xié)同作用。第76頁,共91頁，2024年2月25日，星期天十、礦物質和維生素對基因表達的影響1.礦物質和維生素不僅是嘌呤、嘧啶合成及許多有機物中間代謝的輔酶或輔助因子,而且直接參與基因表達的調(diào)節(jié)。2.表3匯總了部分礦物元素和維生素對基因表達的調(diào)控作用。第77頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第78頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第79頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1.營養(yǎng)調(diào)控基因表達是動物適應營養(yǎng)環(huán)境的重要機制。掌握這種機制對于徹底弄清動物的營養(yǎng)代謝過程、最大限度提高動物生產(chǎn)潛力和養(yǎng)分的利用效率具有重要的營養(yǎng)學意義。2.迄今為止,營養(yǎng)對基因表達調(diào)控的研究還十分有限。養(yǎng)分不同,基因不同,調(diào)控的結果及起主導作用的調(diào)控機制可能不同。3.隨著分子生物學的發(fā)展及其在營養(yǎng)學中的應用,基因表達的營養(yǎng)調(diào)控將成為營養(yǎng)與飼料科學的一項實用技術。十一、營養(yǎng)調(diào)控基因表達的應用前景第80頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)營養(yǎng)、基因與肉質第81頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1影響脂肪代謝的基因1.1過氧化物酶體增殖物激活受體基因1.2解偶聯(lián)蛋白基因1.3脂蛋白脂酶基因(LipoproteinLipase，LPL)第82頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2影響肌內(nèi)脂肪(IMF)的基因2.1脂肪酸結合蛋白(FABPs)基因2.2PPARγ2.3MI基因第83頁,共91頁，2024年2月25日，星期天3影響背膘厚的基因3.1黑色素皮質素受體基因(MCR基因)3