內容簡介
隨著營養學和遺傳學的深入發展,營養學與遺傳學科的交叉研究越來越廣泛,在此基礎上形成瞭一批新興學科,如營養遺傳學(Nutrigenetics)、錶觀遺傳學(Epigenetics)和營養基因組學(Nutrigenomics)等。這些學科將營養和遺傳因素相結閤,綜閤探討其對動物生長發育的調節作用,更加全麵的探索動物生長發育的機理。
作者簡介
刁其玉,研究員,博士生導師,公益性行業科研專項“南方地區幼齡畜禽培育關鍵技術研究與應用”首席科學傢。長期從事反芻動物營養生理研究,專心於犢牛羔羊的營養供給與培育,是幼齡反芻動物的好朋友。獲得過國傢、北京市、農業部科學技術奬勵多項。
內頁插圖
目錄
綜述
非孟德爾遺傳模式:錶觀遺傳學及其應用研究進展
營養素對動物錶觀遺傳的影響及其機製
營養素對早期斷奶羔羊健康生長的調控作用
營養素對早期斷奶羔羊生長發育和生理機能的調控作用
能量對妊娠後期母羊健康及其羔羊的影響
妊娠期母體的營養調控與後代健康
DNA甲基化及營養素對其調控作用研究進展
微量營養素與脂肪對動物基因錶達的調控作用
廠酸和植物提取物對動物組蛋白乙酰化的影響研究
維生素A對動物生産性能及主效基因錶達調控的影響
反芻動物性狀錶現源於遺傳物質和環境營養素的調控
幼齡反芻動物健康培育體係構建及其科學問題
營養素
培育方式對湖羊羔羊生長發育、營養物質利用率和血清學指標的影響
培育方式對雙胞胎湖羊羔羊肝髒基因錶達的影響
蛋白水平對湖羊雙胞胎公羔生長發育及肉品質的影響
蛋白水平對早期斷奶雙胞胎湖羊公羔營養物質消化與血清指標的影響
蛋氨酸水平對羔羊體況發育、消化道組織形態及血清抗氧化指標的影響
飼糧中蛋氨酸水平對湖羊公羔營養物質消化、胃腸道pH及血清學指標的影響
母體因素
妊娠後期飼糧營養水平對母羊和胚胎發育的影響
妊娠後期母羊飼糧精料比例對羔羊初生重、生長、消化性能及血清抗氧化指標的影響
妊娠後期母羊飼糧營養水平對産後羔羊生長性能、器官發育和血清抗氧化指標的影響
日糧限製
飼糧營養限製對早期斷奶湖羊羔羊生長性能以及內髒器官發育的影響
飼糧營養限製對羔羊腸道組織形態以及血清胰島素樣生長因子-1和胰高血糖素樣-2濃度的影響
飼糧營養限製對斷奶湖羊羔羊生長、屠宰性能以及器官發育的影響
蛋氨酸限製與補償對羔羊生長性能及內髒器官發育的影響
前言/序言
是什麼決定動物的外貌特徵、經濟性狀與生産性能?在曆史上曾有兩種解釋,即“基因”和“環境”,前者被稱為“孟德爾或摩爾根學派”,基因決定動物的特徵性狀;後者被稱為“米丘林學派”,強調環境因素可以改變動物的經濟性狀。研究結果錶明,基因在環境的作用下發揮遺傳潛能,環境因素可以在動物特定的生理階段改變遺傳物質基因的錶達,兩者相輔相成。生物體在生長發育過程中,遺傳物質不斷地進行著具有時間和組織特異性的基因錶達或抑製。這些過程最終引起特定蛋白的閤成,發揮生物學功能。遺傳選擇是基於動物的基因錶達決定其某一特定生産性能(如産奶量或生長速度)這一原理進行的。近年來的研究證實,基因的錶達不僅受到遺傳物質的控製,而且還受到外界環境因子的影響,其中一個主要來源就是日糧中的營養素。隨著分子生物學技術的不斷發展,越來越多與營養代謝有關的基因被剋隆和鑒定,人們從分子水平上認識到營養素與動物的基因錶達之間存在密切的相互作用關係,因而齣現瞭諸如營養基因組學、營養遺傳學和錶觀遺傳學等交叉學科。
我國是世界養羊大國,綿羊、山羊飼養量位居世界首位。幼畜的培育是畜牧業産業鏈的關鍵啓程點,直接關係到成年畜的生産性能和畜産品安全。幼畜的生長發育起始於精卵結閤以及之後的胎兒發育期,胎兒的發育與母畜的營養狀況存在直接的聯係。胚胎期及齣生早期是錶觀基因組重編程的關鍵時期,易受營養物質等環境因子的影響。中國農業科學院“反芻動物飼料營養”創新團隊旨在研究日糧營養素對幼畜錶現型調控機理的研究。在國傢支撐計劃、農業部行業專項的資助下,本團隊已經進行瞭近5年的實驗研究,完成瞭營養素、母體因素及日糧限製對羔羊錶現型調控機製的初步探索,取得瞭理論研究和實用技術的進步。
營養遺傳學在幼畜培育中的應用研究工作主要由本團隊的科技人員、博士後和研究生完成,取得瞭一係列的研究成果。本書匯集瞭近幾年發錶的有關營養遺傳學在幼畜培育中的應用研究相關的綜述及研究性論文,作為一個階段性總結,為從事營養遺傳學研究的同行提供參考。
感謝為本研究做齣貢獻的團隊成員。由於時間緊,編者水平有限,盡管我們做齣很大努力,書中缺點和不足之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。
深入探究個體差異的奧秘:為何有的幼畜比彆的更“懂”吃? 你是否曾觀察到,同一窩齣生、同等飼養條件下的小豬,有的毛色光亮、體格健壯,而有的卻顯得瘦弱、易生病?又或者,同樣品種的蛋雞,為何有的産蛋率驚人,有的卻相對平庸?這些看似偶然的差異,其實隱藏著深刻的生物學根源。它們並非簡單的“運氣”或“基因好壞”之分,而是個體對環境因素,特彆是營養物質,響應方式的內在差異。 正是對這種個體差異的好奇,催生瞭營養遺傳學這門新興學科。它不再將動物視為一個均質的群體,而是聚焦於每個獨特個體的基因組所賦予的潛力,以及這些基因如何與外界的營養環境相互作用,最終塑造齣它們獨一無二的生長、發育和生産性能。 探尋生命密碼:基因與營養的交響麯 我們身體的每一個細胞都攜帶著一本名為DNA的生命密碼本。這本密碼本由無數個基因組成,每個基因都像一本說明書,指導著身體閤成特定的蛋白質。而蛋白質,則是構成我們身體、執行各種生理功能的“建築材料”和“功能性分子”。 那麼,基因與營養究竟有著怎樣的聯係呢?簡單來說,基因決定瞭我們身體“能夠”做什麼,而營養則提供瞭“可以”做什麼的原料和指令。 想象一下,你有一張復雜的建築藍圖(基因),它告訴你如何建造一座堅固的房子,包括需要多少鋼筋、水泥,以及它們如何排列組閤。但是,如果你沒有足夠的鋼筋和水泥(營養),或者使用的鋼筋質量不佳,即使藍圖再完美,也無法建造齣理想的房子。 營養遺傳學正是研究這種“藍圖”與“材料”之間精密配閤的科學。它揭示瞭: 基因多態性(SNP)的影響: 同一種動物,即使是同一個品種,其基因序列也存在微小的差異,這被稱為基因多態性。這些差異可能導緻閤成的蛋白質功能略有不同,進而影響動物對特定營養素的吸收、代謝、利用或排泄效率。例如,某些個體可能天生就擁有更有效的脂肪代謝基因,能夠更好地將飼料中的脂肪轉化為能量儲存,從而在能量需求高的生長階段錶現更優。反之,也可能存在對某些微量元素吸收效率較低的個體,需要更高劑量的補充纔能達到最佳狀態。 代謝通路上的差異: 動物體內的各種生理活動,如能量代謝、蛋白質閤成、免疫防禦等,都依賴於一係列復雜的生化反應通路。這些通路中的每一個環節,都由特定的酶來催化,而酶的閤成和功能,又受製於相應的基因。基因上的細微變異,可能導緻某個酶的活性降低或升高,從而改變整個代謝通路的效率。這直接影響著動物從飼料中獲取能量和營養物質的能力,以及它們如何將這些物質轉化為生長、生産和健康。 營養信號的調控: 營養物質並非隻是被動地被身體利用,它們本身也可以作為信號,反過來調控基因的錶達。某些營養素,如維生素A、D、E,以及脂肪酸和某些氨基酸,都扮演著重要的信號分子角色,能夠與細胞內的受體結閤,進而影響特定基因的開關。營養遺傳學研究的就是這種營養物質如何“閱讀”和“寫入”基因信息的過程,以及這種雙嚮互動如何影響動物的長期健康和生産性能。 剖析生長發育的內在驅動力 幼畜培育的核心目標是促進其健康快速地生長發育,最終達到理想的生産性能。營養遺傳學提供瞭理解這一過程的全新視角。 生長潛力與營養需求: 並非所有的幼畜都擁有相同的生長潛力。有些個體天生就繼承瞭能夠快速構建肌肉、骨骼和脂肪的基因組閤,它們對營養的需求也更為“挑剔”和“高效”。瞭解這些個體在生長關鍵節點上的基因特徵,有助於我們為它們量身定製營養方案,最大限度地挖掘其生長潛力,避免營養浪費或不足。例如,對於那些具有高生長潛力基因的幼畜,可能需要更高水平的蛋白質和能量補充,以及更均衡的礦物質和維生素配比,纔能滿足其旺盛的生長需求。 能量轉化與分配: 幼畜的生長發育是一個高能耗的過程。它們需要將攝入的飼料轉化為可用的能量,並將其閤理分配到維持生命活動、構建組織和儲存能量等各個方麵。營養遺傳學可以幫助我們識彆那些在能量代謝通路中具有獨特遺傳特徵的個體。有些幼畜可能更擅長將碳水化閤物轉化為能量,而另一些可能更依賴脂肪作為主要能源。瞭解這些差異,能夠指導我們選擇最適閤的飼料配方,優化能量利用效率,減少能量的浪費。 免疫係統的韌性: 幼畜時期是免疫係統發育的關鍵階段,也是其最容易受到疾病侵襲的時期。免疫係統的功能,如抗體産生、吞噬細胞活性等,同樣受到基因的深刻影響。某些基因變異可能導緻個體對特定病原體抵抗力更強,或者對疫苗的響應更好。營養物質在免疫係統中也扮演著至關重要的角色,例如維生素C、E、硒等都具有重要的免疫調節作用。營養遺傳學正是緻力於研究,如何在基因層麵優化幼畜的免疫潛力,並通過營養調控,進一步增強其抵抗疾病的能力,減少發病率和死亡率。 揭示生産性能的遺傳基礎 對於以生産為目的的畜禽,如肉牛、豬、傢禽、水産等,其生産性能(如産肉量、産蛋量、産奶量、繁殖能力等)直接關係到養殖效益。營養遺傳學在這方麵同樣具有重要的指導意義。 肉質與營養的協同: 消費者對肉質的追求日益精細,包括瘦肉率、脂肪含量、肌間脂肪分布、嫩度等。這些肉質指標,在很大程度上是由基因決定的,但營養同樣可以對其産生顯著影響。例如,某些基因能夠促進肌肉縴維的生長,而某些氨基酸(如亮氨酸)則能夠激活肌肉生長信號通路。營養遺傳學研究的就是如何通過營養乾預,結閤個體的基因特徵,優化肉質的形成。 産蛋/産奶的潛力釋放: 産蛋率和産奶量是評價蛋雞和奶牛等經濟動物的重要指標。這些性能的發揮,不僅依賴於遺傳稟賦,也與飼料的營養水平和利用效率息息相關。營養遺傳學可以幫助我們識彆那些具有高産潛力基因的個體,並為其提供定製化的營養方案,以最大化地發揮其生産潛力。例如,研究發現某些基因與鈣的吸收和利用密切相關,這對於蛋雞的産蛋和蛋殼質量至關重要。 繁殖能力的優化: 繁殖是畜牧業的基石。優秀的繁殖能力不僅體現在配種受胎率,還包括胎兒的存活率、仔畜的健康程度等。繁殖過程受製於復雜的激素調控和生殖器官的發育,而這些都與基因和營養密切相關。通過營養遺傳學,我們可以深入瞭解那些影響繁殖能力的遺傳因素,並結閤營養調控,提高繁殖效率,縮短繁殖周期。 走嚮精準營養:未來的養殖新篇章 營養遺傳學並非是象牙塔裏的理論研究,它擁有廣闊的應用前景,尤其是在畜牧業領域。它的齣現,預示著精準營養時代的到來。 個體化營養方案的製定: 傳統的飼養方式往往采用統一的飼料配方,難以充分考慮到個體的差異。營養遺傳學將使我們能夠通過基因檢測,識彆齣不同個體的營養需求特點,從而為其量身定製更科學、更精準的營養方案。這將大大提高飼料的利用效率,減少不必要的營養浪費,同時也能最大化地提升動物的生長和生産性能。 疾病預防與健康管理: 許多疾病的易感性與遺傳因素有關。通過瞭解個體的遺傳特徵,我們可以預判其潛在的健康風險,並提前采取預防措施,例如在飼料中添加具有免疫增強作用的營養素,或者調整飼料配方以應對其特殊的代謝需求。這將有助於降低發病率,減少抗生素的使用,從而生産齣更健康、更安全的動物産品。 新品種培育的加速: 營養遺傳學也為新品種的培育提供瞭新的思路。通過深入研究特定性能(如高抗病性、高繁殖率、優良肉質等)的遺傳基礎,並結閤營養調控,我們可以更有效地篩選和培育具有優良性狀的個體,加速新品種的育成進程。 總而言之,營養遺傳學正在以前所未有的方式,為我們揭示生命的多樣性和復雜性。它將我們從對動物的宏觀觀察,深入到微觀的基因層麵,理解個體差異的真正根源。通過融閤基因組學、代謝組學和營養學的知識,這門學科不僅為我們提供瞭認識生命奧秘的鑰匙,更指明瞭一條通往更高效、更健康、更可持續的畜牧業發展的道路。它讓我們看到,每一個生命都是獨一無二的,而理解並滿足它們獨特的“身體語言”,將是未來養殖業取得突破性進展的關鍵所在。