營養(yǎng)與動(dòng)物基因

1、專題八 營養(yǎng)與基因表達(dá),,,1、營養(yǎng)學(xué)的發(fā)展史,戰(zhàn)國時(shí)，《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(shí)珍的《本草綱目》,西方：文藝復(fù)興、產(chǎn)業(yè)革命后為近代營養(yǎng)學(xué)奠定了基礎(chǔ)。,1.1 歷史 —— 三階段,階段一：從18世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉,此期的最大成就是法國化學(xué)家Antoine,Lavoisier（1743-1794）創(chuàng)立了燃素學(xué)說，奠定了營養(yǎng)學(xué)的理論基礎(chǔ)。,階段二：從19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)30-4

2、0年代,此階段的主要成就是認(rèn)識(shí)到了蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物三大有機(jī)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(guān)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(shí)期.,階段三：從20世紀(jì)40年代至今——營養(yǎng)學(xué)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(jī)元素、能量代謝、蛋白質(zhì)代謝的研究取得巨大進(jìn)展。,在30-40年代，分離并闡明了維生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)以 后，微量養(yǎng)分的

3、營養(yǎng)就初步形成了。,20世紀(jì)30年代，國外創(chuàng)立了營養(yǎng)學(xué)，營養(yǎng),學(xué)是在美國的營養(yǎng)學(xué)會(huì)成立之后才被正式承認(rèn)的。它綜合應(yīng)用了化學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)等多門學(xué)科的基本原理。,40年代開始了對(duì)氨基酸的營養(yǎng)研究。,50年代，對(duì)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(jìn)行了大量研究.二十一世紀(jì)分子營養(yǎng)學(xué)為又一研究熱點(diǎn),主要涉及營養(yǎng)與免疫,營養(yǎng)與基因表達(dá)等等.,2.分子營養(yǎng)學(xué)(molecular nut

4、rition),主要是研究營養(yǎng)素與基因之間的相互作用及其對(duì)機(jī)體健康影響的規(guī)律和機(jī)制，并據(jù)此提出促進(jìn)健康和防治營養(yǎng)相關(guān)疾病措施的一門學(xué)科。,一方面研究營養(yǎng)素對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用；另一方面研究遺傳因素對(duì)營養(yǎng)素消化、吸收、,分布、代謝和排泄的決定作用。,molecular nutrition,在此基礎(chǔ)上,探討二者相互作用對(duì)生物體表型特征影響的規(guī)律 ,從而針對(duì)不同基因型及其變異、營養(yǎng)素對(duì)基因表達(dá)的特異調(diào)節(jié),制訂出營養(yǎng)素需要量、供給

5、量標(biāo)準(zhǔn)，為促進(jìn)健康 ,預(yù)防和控制營養(yǎng)缺乏病、營養(yǎng)相關(guān)疾病和先天代謝性缺陷提供真實(shí)、可靠的科學(xué)依據(jù)。,3. 分子營養(yǎng)學(xué)的發(fā)展簡史,1908 年 Garrod AE 博士首先使用了“inborn error ofmetabolism”, 提出了基因－酶的概念(理論) 。,1948 年 Gibson 發(fā)現(xiàn)“recessive methemoglobinemia ” 是由于依賴NADH 的高鐵血紅蛋白還原酶缺乏所致。,1952 年

6、 Cori 證明葡萄糖-6-磷酸酶缺乏可導(dǎo)致“Von Gierke’s,disease”。,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。,1985 年 Simopoulos AP 博士在西雅圖舉行的 “海洋食物與健康”的會(huì)議上,首次使用了分子營養(yǎng)學(xué)這個(gè)名詞。由于分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)、生理學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)、遺傳流行病學(xué)等的快速發(fā)展及這些新知識(shí)向營養(yǎng)

7、學(xué)研究領(lǐng)域的滲透,從1988 年開始分子營養(yǎng)學(xué)研究進(jìn)入了黃金時(shí)代。,一、分子營養(yǎng)學(xué)定義,近幾十年，隨著分子生物學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域各個(gè)學(xué)科的滲透及應(yīng)用，產(chǎn)生了許多新興學(xué)科。分子營養(yǎng)學(xué)就是營養(yǎng)學(xué)與現(xiàn)代分子生物學(xué)原理和技術(shù)有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興邊緣學(xué)科。 分子營養(yǎng)學(xué)(molecular nutrition)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

8、作用）及其對(duì)機(jī)體健康影響的規(guī)律和機(jī)制，并據(jù)此提出促進(jìn)健康和防治營養(yǎng)相關(guān)疾病措施的一門學(xué)科。,二、分子營養(yǎng)學(xué)的研究對(duì)象,2. 基因表達(dá)的過程及其產(chǎn)物（mRNA、蛋白質(zhì)）。,1.與營養(yǎng)相關(guān)的基因結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的DNA和染色體結(jié)構(gòu)。,3. 膳食因素（營養(yǎng)素、植物化學(xué)物等其他非營養(yǎng)素）和膳食構(gòu)成。,,4. 機(jī)體健康的作用。,三、分子營養(yǎng)學(xué)的主要研究內(nèi)容,篩選和鑒定機(jī)體對(duì)營養(yǎng)素作出應(yīng)答反應(yīng)的基因。明確受膳食調(diào)控基因的功能。研究營養(yǎng)素對(duì)基因

9、表達(dá)和基因組結(jié)構(gòu)的影響及其作用機(jī)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(jī)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(guān)疾病有關(guān)的基因，并明確在疾病發(fā)生、發(fā)展和疾病嚴(yán)重程度中的作用。,利用營養(yǎng)素修飾基因表達(dá)或基因結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)有益健康基因的表達(dá)，抑制有害健康基因的表達(dá)。  篩選和鑒定機(jī)體對(duì)營養(yǎng)素反應(yīng)存在差異的基因多態(tài)性或變異[gene polymorphism and genetic variation

10、]。  基因多態(tài)性或變異對(duì)營養(yǎng)素消化、吸收、分布、代謝和排泄的影響及其對(duì)生理功能的影響。 基因多態(tài)性對(duì)營養(yǎng)素需要量的影響?；蚨鄳B(tài)性對(duì)營養(yǎng)相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展和疾病嚴(yán)重程度的影響。,分子營養(yǎng)學(xué)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,營養(yǎng)素與基因相互作用導(dǎo)致營養(yǎng)相關(guān)疾病和先天代謝性缺陷的過程及機(jī)制。生命早期飲食經(jīng)歷對(duì)成年后營養(yǎng)相關(guān)疾病發(fā)生的影響及機(jī)制。根據(jù)上述研究結(jié)果，為促進(jìn)健康和防治營養(yǎng)相關(guān)疾病，制定膳食干預(yù)方案；個(gè)體化的營養(yǎng)素需要量；特殊人

11、群營養(yǎng)相關(guān)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(guān)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(gòu)建轉(zhuǎn)基因動(dòng)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(guān)疾病的藥物。,,營養(yǎng)素調(diào)控基因表達(dá)的基本途徑,營養(yǎng)素,細(xì)胞,,,,,,,受體結(jié)合,調(diào)節(jié)酶,轉(zhuǎn)錄因子基因,,,,,功能基因表達(dá),蛋白質(zhì)合成,營養(yǎng)素調(diào)控基因表達(dá),DNA,,轉(zhuǎn)錄前,,,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄,,轉(zhuǎn)錄后,翻譯,蛋白質(zhì),翻譯后,,,,甲

12、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(dòng)子,增強(qiáng)子,沉寂子,去鱗酸化,磷酸化,糖基化,,,,戴帽：甲基化形成帽子結(jié)構(gòu),加尾 ：mRNA前體de3’-OH添加100~200polyA,循環(huán)一次,乙?；?,葡萄糖、去甲基腎上腺素、鐵、硒對(duì)蛋白受體,以酶為靶標(biāo)篩選功能因子,,酶為靶標(biāo)篩選功

13、能因子成為研究熱點(diǎn),酶參與機(jī)體的各種代謝活動(dòng)(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(yīng)）,人體發(fā)生的任何病變都有酶的作用參與,通過促進(jìn)或者抑制酶的活性可以達(dá)到改善生理功能的作用,使疾病得到控制和根治,四、分子營養(yǎng)學(xué)的研究方法,1、營養(yǎng)學(xué)研究方法。2、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法（Northern blot, RT-PCR, mRNA差異顯示，western blot,基因芯片、基因敲除

14、、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物）。3、分子遺傳學(xué)研究方法。4、分子流行病學(xué)研究方法。5、生物化學(xué)研究方法。6、細(xì)胞生物學(xué)研究方法。,動(dòng)物產(chǎn)品是人類重要的食物來源,而且是重要的優(yōu)質(zhì)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(jì)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(qiáng)優(yōu)良性狀的相關(guān)基因選擇和表達(dá),對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益,與可持續(xù)方向發(fā)展具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。,主要內(nèi)容,第

15、一節(jié) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在動(dòng)物營養(yǎng)研究中的應(yīng)用第二節(jié) 營養(yǎng)與基因表達(dá),第一節(jié) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在動(dòng)物營養(yǎng)研究中的應(yīng)用,一、基因?qū)?dòng)物生長和胴體組成的調(diào)控二、改變動(dòng)物體內(nèi)的生化途徑三、改變動(dòng)物的產(chǎn)品成分四、提高動(dòng)物的抗逆性能五、改善動(dòng)物的肉質(zhì),第一節(jié) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在動(dòng)物營養(yǎng)研究中的應(yīng)用,*分子生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展使人們已能通過把單個(gè)或多個(gè)基因轉(zhuǎn)移到動(dòng)物體內(nèi)，改變動(dòng)物或動(dòng)物產(chǎn)品的性狀，使之滿足人們的需要。*轉(zhuǎn)基因動(dòng)物為動(dòng)物營養(yǎng)研究提供了

16、新的模型。,自從Palmiter等（1982）獲得“超級(jí)小鼠”以來，許多實(shí)驗(yàn)室已得到各種類型的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，如兔、豬、羊、牛、魚等等。這一技術(shù)的成熟和完善為外源基因?qū)?dòng)物生長代謝調(diào)控的研究創(chuàng)造了有利的條件。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在動(dòng)物營養(yǎng)研究中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下方面：一、調(diào)控動(dòng)物生長和胴體組成二、改變動(dòng)物體內(nèi)的生化途徑三、改變動(dòng)物的產(chǎn)品成分四、提高動(dòng)物的抗逆性能五、改善動(dòng)物的肉質(zhì),What is Genetically Modified

17、？什么是轉(zhuǎn)基因？,將不同來源的DNA分子進(jìn)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(zhuǎn)接到另外的生物細(xì)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。,“轉(zhuǎn)基因技術(shù)” （ Genetically Modified Technology）,是指使用基因工程或分子生物學(xué)技術(shù)(不包括傳統(tǒng)育種、細(xì)胞及原生質(zhì)體融合、雜交、誘變、體外受精、體細(xì)胞變遷及多倍體誘導(dǎo)等技術(shù))，將遺傳物質(zhì)導(dǎo)入活

18、細(xì)胞或生物體中，產(chǎn)生基因重組現(xiàn)象，并使之表達(dá)并遺傳的相關(guān)技術(shù)；,轉(zhuǎn)基因生物的種類？,目前已經(jīng)進(jìn)入食品領(lǐng)域的三類轉(zhuǎn)基因生物包括： 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 轉(zhuǎn)基因植物（最多，最重要） 轉(zhuǎn)基因微生物,現(xiàn)在國內(nèi)都有哪些轉(zhuǎn)基因食品？,第一批列入目錄的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)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

19、,現(xiàn)在市場(chǎng)上常見的小西紅柿算是轉(zhuǎn)基因食品么？,小西紅柿其實(shí)并不屬于轉(zhuǎn)基因食品，它是通過常規(guī)育種方法培育的。,為什么會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品有恐懼心理？,據(jù)專家分析，轉(zhuǎn)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?fàn)I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(zhuǎn)移到腸道，使抗生素對(duì)該機(jī)體從此失去療效。就目前而言，還沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人類有害，但同時(shí)也缺乏證據(jù)證明它的無害性，因此產(chǎn)生了一些爭(zhēng)論。,從本質(zhì)上講，轉(zhuǎn)基因生物

20、和常規(guī)育種的品種是一樣的．兩者都是在原有的基礎(chǔ)上對(duì)某些性狀進(jìn)行修飾，或增加新性狀、或消除原有不利性狀。有意識(shí)的雜交育種已有100多年的歷史．,為什么對(duì)轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行安全性分析? 不要求對(duì)常規(guī)育種的品種作系統(tǒng)的安全性評(píng)價(jià)？,原因：常規(guī)有性雜交僅限于種內(nèi)或近緣種間。轉(zhuǎn)基因植物中的外源基因可來自植物、動(dòng)物、微生物，人們對(duì)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)。按目前科學(xué)水平還不可能完全

21、精確地預(yù)測(cè)一個(gè)外源基因在新的遺傳背景中會(huì)產(chǎn)生什么樣的互作作用。,從理論上講，基因工程中所轉(zhuǎn)的外源基因是已知的有明確功能的基因。它與遠(yuǎn)源有性雜交中的高度隨機(jī)過程相比，其轉(zhuǎn)基因后果應(yīng)當(dāng)可以更精確地預(yù)測(cè)，在應(yīng)用上也更加安全。,轉(zhuǎn)基因植物的安全性爭(zhēng)論,支持派認(rèn)為：如果轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)生物技術(shù)得不到社會(huì)支持，這一研究將被扼殺，并且強(qiáng)調(diào)，迄今為止并沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品危害人體健康和環(huán)境的確切證據(jù)。,美國人食用轉(zhuǎn)基因食品已多年，超級(jí)市場(chǎng)上有4000多種商

22、品是含有轉(zhuǎn)基因植物成分的，還沒有事例證明人吃了以后會(huì)得病，甚至?xí)鹚劳?。加拿大、澳大利亞也是轉(zhuǎn)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(gè)案例說明它有問題 。,反對(duì)派的觀點(diǎn),一英國科學(xué)家聲稱，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯會(huì)減弱老鼠免疫系統(tǒng)功能；美國康乃爾大學(xué)也發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米會(huì)危害蝴蝶幼蟲及其相關(guān)生態(tài)環(huán)境。,環(huán)保團(tuán)體認(rèn)為這種違反自然的轉(zhuǎn)基因作物及產(chǎn)品，未經(jīng)長期安全測(cè)試，長期食用可能對(duì)人類及生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。尤其是注重環(huán)境

23、和生態(tài)保護(hù)的歐盟國家，對(duì)轉(zhuǎn)基因作物更加排斥，因而抵制美國GMO產(chǎn)品的進(jìn)口。,轉(zhuǎn) 基因食品的安全性問題在哪里？,1、食物安全性因素,（1）轉(zhuǎn)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(zhì)的可能； （2）轉(zhuǎn)基因間接影響：經(jīng)遺傳工程修飾的基因片段導(dǎo)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；,（3）植物里導(dǎo)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(zhì)一樣

24、能通過食物鏈進(jìn)入人體內(nèi)；（4）轉(zhuǎn)基因食品經(jīng)由胃腸道的吸收而將基因轉(zhuǎn)移至胃腸道微生物中，從而對(duì)人體健康造成影響,2、環(huán)境安全性因素,（1）轉(zhuǎn)基因生物對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的影響；（2）產(chǎn)生超級(jí)雜草的可能；（3）種植抗蟲轉(zhuǎn)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(jí)害蟲”；,（4）轉(zhuǎn)基因向非目標(biāo)生物漂移的可能性；（5）其他生物吃了轉(zhuǎn)基因食物是否會(huì)產(chǎn)生畸變或滅絕；（6）轉(zhuǎn)基因生物是否會(huì)破壞生物的多樣性等。,對(duì)

25、于普通公眾來說又是怎樣呢?,統(tǒng)計(jì)表明，基因工程研究約8個(gè)月就會(huì)翻一番，美國財(cái)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(shí)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(tuán)有目的的宣傳，同時(shí)，人們獲得信息的渠道、科學(xué)的分辨能力、對(duì)新知識(shí)的認(rèn)知程度和理解方式又是千差萬別，都會(huì)使他們對(duì)轉(zhuǎn)基因食品產(chǎn)生不同態(tài)度，從而引發(fā)爭(zhēng)論。,轉(zhuǎn)基因食品存在的最大理由：轉(zhuǎn)基因食品并不會(huì)比常規(guī)育種有更多的危險(xiǎn)，恰

26、恰相反，更大的危險(xiǎn)是世界上60億人口中還有12億人仍在溫飽線上掙扎。預(yù)計(jì)2050年將達(dá)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。,轉(zhuǎn)基因主要是通過生物技術(shù)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(gè)品種，但通過轉(zhuǎn)基因方法可能只需2－3年就可以完成。,The countries applied genetic engineering利用基因工程技術(shù)較多的國家,America 4

27、0,000,000 hectare 美國 4000萬公頃Canada 12,800,000 hectare 加拿大 1280 萬公頃Argentina 7,500,000 hectare 阿根廷 750萬公頃,Australia, Mexico, Spain, France, South Africa m

28、ore than 100,000 hectare澳大利亞、墨西哥、西班牙、法國、南非合計(jì)達(dá)10萬公頃以上,生長是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，它受到各種激素、主動(dòng)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(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究,一、基因?qū)?dòng)物生長和胴體組成的調(diào)控,二、改變動(dòng)物體內(nèi)的生化途徑,改變動(dòng)物的代謝途徑，提

29、高經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的產(chǎn)量1.重建某些丟失的代謝途徑；2.導(dǎo)入目前在動(dòng)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(dòng)物的表達(dá)。研究的重點(diǎn)是設(shè)法導(dǎo)入代謝途徑中的關(guān)鍵因素。,三、改變動(dòng)物的產(chǎn)品成分,導(dǎo)入適當(dāng)?shù)耐庠椿蛞愿淖儎?dòng)物產(chǎn)品成分。CASE：基因工程改變動(dòng)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(dòng)子控制下的乳糖酶基因?qū)肱；蜓?，使之表達(dá)，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

30、糖的病人飲用。2.使用反義RNA進(jìn)行表達(dá)，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。,四、提高動(dòng)物的抗逆性能,五、改善動(dòng)物的肉質(zhì),轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究中出現(xiàn)的問題,整合效率低，成本高。轉(zhuǎn)移基因的表達(dá)不理想 。動(dòng)物生產(chǎn)性狀的多基因與目的基因之間的矛盾沖突 。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)品的安全性問題 。,總之，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究對(duì)傳統(tǒng)理論是一個(gè)挑戰(zhàn)，對(duì)人類生存有一定的負(fù)面效應(yīng)，因此要認(rèn)真對(duì)待其安全性問題。盡管存在上述問題，但已有

31、的轉(zhuǎn)基因技術(shù)成果已給動(dòng)物生產(chǎn)帶來了無限光明。許多生物學(xué)家預(yù)言“二十一世紀(jì)將是人類向生物技術(shù)要糧食，要奶、肉、蛋的世紀(jì)”，利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物造福人類的前景無疑是光明而誘人的。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的出現(xiàn)為進(jìn)一步研究提供了先進(jìn)的手段和方法，將使?fàn)I養(yǎng)學(xué)的理論水平和實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。,動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)雖然確立了動(dòng)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(gè)不同的個(gè)體或兩種不同條件下的同一個(gè)體, 所產(chǎn)生的結(jié)果不會(huì)一樣。傳統(tǒng)的營養(yǎng)學(xué)不能解釋和解決這

32、種差異。 分子生物學(xué)的發(fā)展及其在營養(yǎng)學(xué)中的應(yīng)用,從分子水平上弄清養(yǎng)分的代謝過程和規(guī)律,準(zhǔn)確確定動(dòng)物群體及個(gè)體的營養(yǎng)需要,掌握養(yǎng)分?jǐn)z入過量及缺乏的后果,預(yù)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。,營養(yǎng)與基因表達(dá)的關(guān)系及其作用機(jī)制已成為分子生物學(xué)的重要研究內(nèi)容及營養(yǎng)學(xué)的新興研究領(lǐng)域，在過去10余 年中取得了較大進(jìn)展。 營養(yǎng)和基因表達(dá)的一般關(guān)系表現(xiàn)為兩個(gè)方面: 1.養(yǎng)分的攝入量影響基因表達(dá); 2.

33、基因表達(dá)的結(jié)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(dá),主要內(nèi)容,一、基因表達(dá)二、營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的含義三、基因表達(dá)調(diào)控的核心區(qū)域四、營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的作用機(jī)理五、營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的途徑六、能量蛋白質(zhì)對(duì)基因表達(dá)的影響七、氨基酸對(duì)基因表達(dá)的影響八、脂肪酸對(duì)基因表達(dá)的影響九、碳水化合物對(duì)基因表達(dá)的影響十、礦物質(zhì)和維生素對(duì)基因表達(dá)的影響十一、營養(yǎng)調(diào)控基因表達(dá)的應(yīng)用前景,研究營養(yǎng)物質(zhì)對(duì)

34、基因表達(dá)的影響包括：1.確定與這些生命現(xiàn)象密切相關(guān)的基因；2. 基因是如何受到表達(dá)調(diào)控的；3.哪些營養(yǎng)因素影響基因的表達(dá),信號(hào)是如何傳遞的？,一、基因表達(dá),1.基因表達(dá)是指編碼某種蛋白質(zhì)的基因從轉(zhuǎn)錄、mRNA 的加工與成熟、RNA 的翻譯、蛋白質(zhì)的加工,到活性(功能) 蛋白質(zhì)的形成的過程。2.基因表達(dá)受到嚴(yán)格的調(diào)控,這些調(diào)控包括轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA加工調(diào)控、RNA 轉(zhuǎn)運(yùn)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(gè)調(diào)控點(diǎn)

35、都與養(yǎng)分直接或間接有關(guān)。,二、營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的含義,營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控是指生物體攝入的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)運(yùn)及信號(hào)傳遞，將信號(hào)傳遞到細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中，從而與其他因素一起調(diào)控染色質(zhì)的活化、DNA 的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄、mRNA 的穩(wěn)定遺傳及其翻譯過程。,三、基因表達(dá)調(diào)控的核心區(qū)域,1. 真核細(xì)胞的mRNA 的5’和3’端的堿基不能翻譯成蛋白質(zhì),稱為非編碼區(qū)(UTR) 。U TR 含有控制mRNA 的腺苷聚合、穩(wěn)定性、在細(xì)胞中的分布定位以及

36、翻譯的調(diào)節(jié)信號(hào),對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)起著核心作用。2.不少養(yǎng)分對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用是通過UTR ,特別是3’UTR 實(shí)現(xiàn)的。,四、營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的作用機(jī)理,1.從DNA 到RNA 再到蛋白質(zhì)的途徑中，基因表達(dá)的每一步都受到一系列的控制，其中包括：轉(zhuǎn)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(gè)控制點(diǎn)都以某種方式對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)作出反應(yīng) 。2.營養(yǎng)物質(zhì)或其最終信號(hào)分子是通過與特定蛋白質(zhì)因子結(jié)合，形成反

37、式作用要素，與DNA 或mRNA 結(jié)合后調(diào)控基因的表達(dá)；3.研究表明,營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)的作用主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄或翻譯前水平。,*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(zhuǎn)錄控制比翻譯控制的作用強(qiáng)，而且是由DNA上的啟動(dòng)子部位發(fā)揮作用的。這一DNA部位是負(fù)責(zé)結(jié)合RNA聚合酶以及許多轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄的其他因子（通常為蛋白質(zhì)）所組成的。這些因子可能是蛋白質(zhì)或肽類激

38、素，是一種維生素-受體蛋白質(zhì)，一種礦物質(zhì)或一種礦物質(zhì)- 蛋白質(zhì)復(fù)合物，一種類固醇激素-受體蛋白質(zhì)復(fù)合物。,五、營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的途徑,1.營養(yǎng)物質(zhì)直接調(diào)控基因的表達(dá) 營養(yǎng)物質(zhì)直接進(jìn)入細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，調(diào)控基因的表達(dá)。*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(dá)。,五、營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的途徑,2.營養(yǎng)物質(zhì)間接調(diào)控（1）營養(yǎng)物質(zhì)通過激素介導(dǎo)基因表達(dá)調(diào)控***糖類和氨基酸主要以此方式介導(dǎo)基因的表達(dá)調(diào)控CASE：

39、 營養(yǎng)物質(zhì)中碳水化合物含量的多少對(duì)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因表達(dá)的調(diào)控就是通過激素的變化來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)中含有大量糖類時(shí)，由于胰島素的作用而抑制了該基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致其水平下降；當(dāng)禁食或含低糖時(shí)，情況則剛剛相反。,五、營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的途徑,2.營養(yǎng)物質(zhì)間接調(diào)控（2）營養(yǎng)物質(zhì)通過其代謝產(chǎn)物介導(dǎo)基因表達(dá)調(diào)控Case： 視黃醇對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控就是通過其代謝產(chǎn)物視黃酸介導(dǎo)的。視黃酸對(duì)基因的表達(dá)調(diào)

40、控與腫瘤細(xì)胞的分化、胚胎的發(fā)育以及疾病的發(fā)生密切相關(guān) 脂肪酸對(duì)基因表達(dá)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(dǎo)。,六、能量蛋白質(zhì)對(duì)基因表達(dá)的影響,1.動(dòng)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(dòng)物出生后生長的主要激素。GH 對(duì)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(shí)現(xiàn)；3.除GH 外,營養(yǎng)狀況是調(diào)控IGF - Ⅰ的重要

41、因素，營養(yǎng)不良對(duì)GHR 和IGF - Ⅰ基因的表達(dá)具有直接的抑制作用,該作用與激素水平無關(guān),且是GH 作用受阻的重要原因。,4.激素或營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)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(dá),而蛋白質(zhì)(以氨基酸形式)主要調(diào)控IGF - Ⅰ基因的表達(dá)。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(diǎn)。,七、氨基酸對(duì)基因表達(dá)的影響,1.氨基酸除參與IGF - Ⅰ和GHR 基因表

42、達(dá)的調(diào)節(jié)外,還與多種其他基因表達(dá)的調(diào)節(jié)有關(guān)。2.必需氨基酸的缺乏可以通過提高轉(zhuǎn)錄率而誘導(dǎo)多種基因的表達(dá), 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(guān)的基因。3. 氨基酸缺乏時(shí),氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體A (一種依賴于Na +的中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體) 的表達(dá)率增加。,八、脂肪酸對(duì)基因表達(dá)的影響,1.日糧脂肪有抑制肝臟的脂肪合成作用，對(duì)脂肪合成酶系具有直接的抑制作用(脂酰輔酶A 是

43、變構(gòu)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(jī)制是抑制基因轉(zhuǎn)錄,降低mRNA 水平。,九、碳水化合物對(duì)基因表達(dá)的影響,1.高碳水化合物飼糧促進(jìn)脂肪的合成, 其作用涉及基因轉(zhuǎn)錄、mRNA 的加工和穩(wěn)定性

44、。2.碳水化合物中起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵成分是葡萄糖，某些基因的最大表達(dá)可能需要葡萄糖與激素的協(xié)同作用。,十、礦物質(zhì)和維生素對(duì)基因表達(dá)的影響,1.礦物質(zhì)和維生素不僅是嘌呤、嘧啶合成及許多有機(jī)物中間代謝的輔酶或輔助因子,而且直接參與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。2.表3 匯總了部分礦物元素和維生素對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用。,1.營養(yǎng)調(diào)控基因表達(dá)是動(dòng)物適應(yīng)營養(yǎng)環(huán)境的重要機(jī)制。掌握這種機(jī)制對(duì)于徹底弄清動(dòng)物的營養(yǎng)代謝過程、最大限度提高動(dòng)物生產(chǎn)潛力和養(yǎng)分的利用效率具

45、有重要的營養(yǎng)學(xué)意義。2.迄今為止,營養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)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(jié)果及起主導(dǎo)作用的調(diào)控機(jī)制可能不同。3.隨著分子生物學(xué)的發(fā)展及其在營養(yǎng)學(xué)中的應(yīng)用,基因表達(dá)的營養(yǎng)調(diào)控將成為營養(yǎng)與飼料科學(xué)的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)。,十一、營養(yǎng)調(diào)控基因表達(dá)的應(yīng)用前景,第三節(jié) 營養(yǎng)、基因與肉質(zhì),,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(Lipoprotein

46、 Lipase ，LPL),2 影響肌內(nèi)脂肪( IMF) 的基因,2. 1 脂肪酸結(jié)合蛋白(FABPs) 基因2. 2 PPARγ2. 3 MI 基因,3 影響背膘厚的基因,3. 1 黑色素皮質(zhì)素受體基因(MCR 基因)3. 2 激素敏感脂酶基因( hormone - sensitive lipase gene ，HSL),4 肥胖基因與肉質(zhì)的關(guān)系,掌子凱，王林云（2000）研究杜長二、長大二雜交豬肥胖基因（ob基因）的基因型與肌

47、肉品質(zhì)的關(guān)系。兩種豬中存在ob基因兩種基因型即G/G型和G/T型，兩基因型在肌肉pH、肉色評(píng)分、失水率、嫩度上無顯著差異，但在肌內(nèi)脂肪含量上G/G型高。,不同品種皮下脂肪組織ob基因mRNA表達(dá)豐度 及血清瘦蛋白（Leptin）水平,孔路軍、傅全戀等（2005）研究豬不同品種間leptin濃度的差異與ob基因mRNA表達(dá)水平。長白豬皮下脂肪組織ob基因mRNA表達(dá)豐度極顯著低于榮昌豬和內(nèi)江豬（P<0.01），后

48、兩者之間差異也達(dá)到顯著水平（P<0.05）。,林萬華，黃路生（2001）對(duì)肌細(xì)胞生長素（MYOG）基因作為豬肉質(zhì)性狀侯選基因進(jìn)行研究。結(jié)果表明，中外9個(gè)豬種MyoG基因型及基因頻率分布是有區(qū)別的，PCR1 MSPI-RFLP位點(diǎn)上，外來豬品種杜洛克、長白豬和大白豬及培育品種南昌白豬絕大多數(shù)個(gè)體表現(xiàn)AA型，而中國地方豬除樂平花豬外，均以BB型居多。,5 中外豬種肌細(xì)胞生長素（MYOG）基因的研究,九個(gè)豬種MyoG基因位點(diǎn)PCR-RF