2011cb100800-牛奶重要营养品质形成与调控机理研究

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1、123项目名称：牛奶重要营养品质形成与调控机理研究首席科学家：王加启中国农业科学院北京畜牧兽医研究所起止年限：2011.1至2015.8依托部门：农业部二、预期目标（一）总体目标运用现代营养学、营养基因组学和整合生理学等理论与方法，揭示乳成分前体物的生成、利用及其调节机制，阐明乳脂肪和乳蛋白合成的分子基础与代谢调控网络，建立调控乳脂肪、乳蛋白含量与组成的理论和方法，为改善我国牛奶品质提供理论依据和技术途径。（二）五年预期目标1．揭示消化道内乳成分前体物的生成、吸收和转运规律及其调节机制；探明乳成分前体物生成与瘤胃微生物优势菌群之间的关系，鉴定2～3个参与乳成分前体

2、物生成的关键菌群；阐明瘤胃酸中毒时LPS的生成机制及其与乳成分前体物生成的关系。2.揭示肝脏内乳成分前体物的动态变化和代谢转化规律；阐明LPS影响肝脏内乳成分前体物重分配的规律；揭示肝脏内乳成分前体物重分配的细胞重编程分子机制，阐明肝脏内参与乳成分前体物转化与分配的功能基因差异表达及其表观遗传机理。3.建立乳蛋白最大合成量所需游离氨基酸与小肽的理想模式；鉴定出乳腺上皮细胞摄取氨基酸和小肽的特异性转运蛋白2～3个；阐明VFA、氨基酸等乳成分前体物发挥最大协同作用的平衡模式和调控交汇点，揭示乳腺内乳脂肪和乳蛋白合成的互作关系及其调节机理；揭示LPS对乳腺细胞重编程的影

3、响及其机理。4.筛选确定参与乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因组和第二基因组中主要功能基因10～15个；揭示乳成分前体物与乳腺功能基因的互作关系；探明两个基因组在乳成分合成中的关联性，获得具有关联性的功能基因3～5个。5.从机体、细胞和分子水平揭示我国当前牛奶营养品质低下的主要原因，解析乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络，建立符合中国饲料资源特色的改善牛奶营养品质的系统整合理论；形成瘤胃“稳态”调控技术2～3项；建立干预乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢调控通路的技术途径，经验证试验使乳脂肪和乳蛋白含量分别达到3.5%和3.1%；阐明乳脂肪和乳蛋白特征图谱的变化规律，建立鉴别牛

4、奶营养品质的基准。6.发表SCI收录论文100篇以上，申请发明专利10～15项，培养博士和硕士研究生100～120名，学术带头人10～15名，出版专著3～5部。三、研究方案（一）学术思路立足我国不同产地的饲料资源和奶牛生产实际，以“科学饲养、健康瘤胃、健康奶牛和优质牛奶”为目标，依据现代动物营养学、营养基因组学和整合生理学等理论与方法，以瘤胃、肝脏和乳腺内乳成分前体物的生成与利用为核心，深入到组织器官、细胞和分子水平剖析牛奶重要营养品质形成过程中的关键物质代谢和信号转导通路，整合形成乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络理论，建立干预关键代谢调控通路的技术途径，揭示我国

5、当前牛奶品质低下的深层次原因，最终实现调控乳脂肪和乳蛋白合成的目标。（二）技术途径立足我国不同产地的饲料资源，针对大规模、中等规模和农户养殖3种主要生产方式，以健康经产奶牛为试验动物，研究比较不同日粮结构（粗料型、精料型和混合型）和营养水平（高、中、低）组成的日粮模式下，宏观上，主要应用现代动物营养学的研究方法，以研究乳成分前体物在奶牛消化道（瘤胃、小肠）、肝脏和乳腺中的生成、吸收、代谢、转化分配和利用规律为主线；微观上，采用营养基因组学的理论与方法，深入到第一基因组和第二基因组，鉴定乳蛋白和乳脂肪合成相关功能基因，并研究两个基因组与乳成分前体物生成与利用之间的关

6、系；整体上，应用整合生理学的理论与方法，系统整合瘤胃、肝脏和乳腺对乳成分前体物形成乳成分前体物生成与利用的关键物质代谢通路、信号转导通路和神经内分泌调节，绘制乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络，并建立干预代谢调控网络关键通路的技术途径。技术途径如下图：图1项目技术途径（三）与国内外同类研究相比的创新性和特色１.学术思想具有前瞻性在项目整体设计上始终贯彻“科学饲养、健康瘤胃、健康奶牛和优质牛奶”的科学思路，以整合生物学的基本原理为指导，引入现代生命科学提出的“细胞编程、重编程、两个基因组和表观遗传”的新理论和新方法，立足我国优质粗饲料严重不足，奶牛饲料资源利用不合理的

7、现状，以乳成分前体物为主线，在进行组织器官、分子、细胞水平研究的同时，进行整合研究，实现宏观研究与微观研究的系统整合，避免了发达国家项目单薄，只能开展单一组织器官研究的片面性；本项目将探索瘤胃代谢异常产物引起机体免疫功能变化和细胞重编程的机理，以及对牛奶营养品质形成的影响，比国际上血液注射单一外源有害成分的研究切合实际，更能够揭示“健康瘤胃”的科学内涵；由此建立的理论体系和技术途径更具有前瞻性。2.技术路线具有新颖性“乳成分前体物”是饲料营养物质向乳脂肪、乳蛋白转化的关键。本项目通过“乳成分前体物”将奶牛瘤胃、肝脏和乳腺三个主要器官内营养素代谢及其信号转导途径与基

8、因调控机理