【基金标书】2011CB100800-牛奶重要营养品质形成与调控机理研究

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： 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 个参与乳成分前体物生成的关键菌群；阐明瘤胃酸中毒时 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 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 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 乳腺细胞重编程的影响及其机理。 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 阐明乳脂肪和乳蛋白特征图谱的变化规律，建立鉴别牛奶营养品质的基准。 6. 发表 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 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。 “ 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因调控机理 联系在一起，由此筛选第一基因组（奶牛机体）和第二基因组（消化道微生物） 中 参与乳脂肪和乳蛋白 合成 与调控的功能基因， 同时揭示神经内分泌系统通过激素和生长因子的信号调节 通路 。以整合生理学和营养基因组学为指导，由“表”及“里”，由“宏观”向“微观”，从乳脂肪和乳蛋白合成 与调控的关键物质通路、信号转导 途径 和神经内分泌 调节 等不同的层面实现整合 ，这一技术路线比国外单一功能器官的研究更能深入揭示牛奶品质控制的关键因素 。 科学理论研究紧密衔接生产技术创新，科学问题源于生产，科学成果回归生产，是取得重大 突破的动力。 本项目 的特色在于 立足我国现实饲料资源和奶牛生产实际， 揭示当前我国牛奶品质低下的深层次原因，提出牛奶重要营养品质形成与调控的关键调控网络，建立 适合 我国国情的乳脂肪和乳蛋白合成调控的理论和技术途径，对于改善我国牛奶品质具有重要的理论 价值 和现实意义 ，而且必将进一步提升我国反刍动物营养学科的研究水平，增强其国际影响力。 （四）课题设置 1、 各课题间相互关系 本项目立足我国 不同产地的 饲料资源和 生产实际 ， 运用现代营养学、营养基因组学和整合生理学的 理论 与方法， 从 奶牛瘤胃 、肝脏和乳腺三个器官 切入， 以不同 典型日粮 模式 下营养物质转化为乳脂肪和乳蛋白的生物学过程和调节为主线， 设置 如下 5 个课题 （见图 2）：以课题 1、 2、 3 为纵线， 从现代 营养学 的角度 分别研究消化道、肝脏和乳腺内乳成分前体物的 生 成 吸收、代谢 分配和 摄取 利用规律 及调节机制 ； 而 课题 4 以两个基因组为核心，从营养基因组学的角度 研究参与乳脂 肪和乳蛋白合成的功能基因及 其 与乳成分前体物之间的关系 ； 课题 5整合 乳脂肪和乳蛋白合成在“分子 组织器官 平的代谢调控网络，并设计和验证干预关键调控通路的营养调控措施， 建立改善乳脂肪和乳蛋白的新理论和新方法。 图 2 项目课 题设置 课题 1、消化道内乳成分前体物生成与吸收的规律及其调节机制 预期目标： 1. 揭示 瘤胃和小肠 乳成分前体物的 生 成规律及其吸收和调节机制 ； 2. 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个参与乳成分前体物 生 成的关键菌群 ； 3. 阐明瘤胃酸中毒 时 代谢异常产物 生成 的 机制及其 对 乳成分前体物生成 与吸收 的 效应 。 研究内容： 1. 瘤胃内 乳 脂肪 前体物的 生 成、吸收及 其 调节 研究 不同日粮模式下主要乳脂肪前体物挥发性脂肪酸（ 瘤胃内 的生成量和比例及其与瘤胃发酵调控的关系， 瘤胃 上皮细胞的吸收机制； 探讨不同来源的日粮长链脂肪酸在瘤胃内的氢化效率及其影响规律与机制。 2. 瘤胃和小肠 乳 蛋白 前体物的 生 成、吸收 与 调节 研究主要 乳蛋白前体物 小肠可代谢 氨基酸 、小肽的生成量及其比例与 瘤胃微生物蛋白合成量 和 效率 、日粮非降解蛋白的关系；探索 氨基酸 和 小肽在小肠 贴膜上皮细胞的转运通路、吸收动力学及 其 调节机制。 3. 乳成分前体物 生 成与瘤胃微生物区系 之间 的 关系 应用 基因与基因组文库 等微生物分子生态学技术，研究饲料组合效应、能氮平衡、氮硫平衡 、氨基酸补饲、激素与生长因子等 对瘤胃微生物种群 结构、 数量和 功能的 影响，鉴别参与乳脂肪和乳蛋白前体物生成的关键菌群；应用体外共培养、 特定 微生物驱除等技术，研究细菌、真菌或原虫在乳 成分 前体物 生 成 过程 中的互作 及其调节机制 ；解析日粮 乳成分前体物三者之间的相互关系。 4. 瘤胃 内 代谢异常产物的 生成机制及其对乳成分前体物 生 成与吸收的影响 研究瘤胃酸中毒时，瘤胃微生物区系紊乱 导致的 代谢异常产物 的 生成 、吸收 机制 及其控制 ；探讨瘤胃 内 代谢异常产物 对 成与吸收及微生物蛋白质合成的影响 ，以及 产物 对瘤胃上皮细胞功能的影响。 经费比例： 20% 承担单位： 浙江大学、南京农业大学、中国农业大学 课题负责人： 刘建新 学术骨干： 王佳堃、吴跃明、沈赞明、毛胜勇、杨红建、李胜利 课题 2、肝脏内乳成分前体物的代谢、分配及其分子机理 预期目标： 1. 揭示肝脏内乳成分前体物的动态变化和代谢转化规律； 2. 阐明 响肝脏内乳成分前体物重分配的规律； 3. 揭示肝脏内乳成分前体物重分配的细胞“重编程”分子机制 以及 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。 研究内容： 1. 肝脏内乳成分前体物的代谢与分配规律 应用肝脏慢性血管瘘和血流 量测定技术，实时测定不同日粮模式下肝脏门脉引流区和肝静脉中脂肪酸和氨基酸等乳成分前体物的总流量和组成，研究肝脏内乳成分前体物的动态变化、吸收转化和分配。 2. 瘤胃代谢异常产物 肝脏内乳成分前体物 重 分配的影响 通过测定进出肝脏的 动态变化，确定肝脏对 清除效率；结合体内和体外方法研究 起 的 肝脏免疫 防御反应 ，分析 肝 细胞免疫活性的影响，研究 起的 免疫 防御反应 对肝脏内乳成分前体物重分配的 作用 。 3. 肝脏内乳成分前体物重分配的细胞“重编程”分子机制 采用肝脏活体取样和基因表达 谱芯片技术，比较不同日粮模式下， 肝脏细胞基因表达谱差异，研究乳成分前体物与功能基因表达的互作关系；分析在代谢异常产物 用下，肝脏乳成分前体物代谢功能基因与免疫相关基因表达谱发生变化的细胞“重编程”现象及表观遗传机理。 经费比例： 18% 承担单位： 南京农业大学、河南农业大学 课题负责人： 沈向真 学术骨干： 倪迎冬、张源淑、庄苏、杨国宇、王林枫 课题 3、乳腺对乳成分前体物的摄取、利用及其调节机理 预期目标： 1. 建立乳蛋白最大合成量所需游离氨基酸和小肽的理想模式； 2. 鉴定出参与乳腺上皮细胞摄取氨基 酸和小肽的特异性转运蛋白 2； 3. 提出挥发性脂肪酸和氨基酸等乳成分前体物发挥最大协同作用的平衡模式与 调控 交汇点，揭示乳腺内乳脂肪和乳蛋白合成的调节机理； 4. 揭示代谢异常产物对乳腺细胞“重编程”影响的机理。 研究内容： 1. 乳腺对乳脂肪前体物的摄取、利用与调节 应用乳腺动静脉血插管技术，测定不同日粮模式下乳腺内乙酸、 究不饱和脂肪酸对乳腺内从头合成脂肪酸（ 键酶（乙酰辅酶 A 羧化酶、脂肪酸合成酶等）基因表达和长链脂肪酸（ 来自 血液 ）摄取效率的影响及其机制，研究催乳素、胰岛素和类胰岛素生长因子 对乳腺内乳脂肪合成的调节作用。 2. 乳腺对乳蛋白前体物的摄取、利用与调节 测定不同日粮模式下进入乳腺的氨基酸 和 小肽流量与组成，鉴定参与乳腺上皮细胞摄取的关键氨基酸和小肽的特异性转运蛋白；利用转录组学和蛋白质组学方法，筛选乳蛋白最大合成量所需游离氨基酸和小肽的理想模式，研究激素（催乳素等）、功能性氨基酸 (亮氨酸等 )对乳腺中 3. 乳腺细胞内乳脂肪和乳蛋白合成的互作关系 应 用精准灌注和乳腺 细胞体外三维培养等技术，分析乳腺上皮细胞内乳脂肪和乳蛋白合成对乳成分前体物利用的协同与竞争关系，确定挥发性脂肪酸、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 ，研究乳成分前体物组成、激素和生长因子等对乳腺细胞内乳脂肪和乳蛋白合成的关键酶活性、细胞信号转导途径以及候选基因表达的影响，确定调控 交汇点。 4. 瘤胃代谢异常产物 乳腺细胞“重编程”的影响 研究瘤胃代谢异常产物 入乳腺后引起的乳脂肪和乳蛋白合成代谢与免疫功能的变化，探讨乳腺上皮细胞“重编程”规律及其表观遗传机理。 经费比例 ： 19% 承担单位： 内蒙古农业大学、内蒙古自治区农牧业科学院、西南大学、扬州大学 课题负责人： 敖长金 学术骨干： 闫素梅、高民、董国忠、王洪荣 课题 4、第一基因组和第二基因组中乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因（组）筛选 预期目标： 1. 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； 2. 揭示乳成分前体物与乳腺功能基因的互作关系； 3. 揭示 “ 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 。 研究内容： 1. 筛选第一基因组（奶牛乳腺）中参与乳脂肪和乳 蛋白合成的功能基因（组） 应用 基因芯片、功能基因鉴定 、 蛋白质组学等方法，分析添加激素、氨基酸、脂肪酸、植物生物活性物质等干预条件下乳腺 上皮 细胞全基因组表达谱差异，鉴定乳腺内参与乳脂肪和乳蛋白合成的主要功能基因的结构信息，并确定其在合成代谢、转录调控和信号转导中的作用，验证其在不同日粮模式下的表达。 2. 筛选第二基因组（瘤胃微生物）中参与乳成分前体物 生 成功能基因（组） 利用功能驱动筛选的方法，从瘤胃微生物元基因组文库中克隆参与 乳成分前体物生成 的基因；利用人工瘤胃模型，结合琥珀酸、己酸和氨基酸的同位素标记，分 析瘤胃微生物群落元转录组表达谱，鉴定参与乙酸、丁酸和瘤胃微生物蛋白质形成的微生物功能基因的结构信息及其功能，并验证其在不同日粮模式下的表达。 3. 乳成分前体物与乳腺功能基因的互作 应用营养基因组学方法，分析乳成分前体物对乳脂肪和乳蛋白合成功能基因表达的影响及 瘤胃代谢异常产物 定激素、生长因子、植物生物活性物质等外源信号干预基因组表达后乳成分前体物需求的变化。 4. 乳脂肪和乳蛋白合成过程中 “ 两个基因组 ” 之间的关联性 应用生物信息学方法， 分析 不同日粮模式下第一基因组与第 二基因组在乳脂肪和乳蛋白合成代谢中的基因表达关联性，筛选具有协同作用的功能基因（组）。 经费比例： 19% 承担单位： 东北农业大学、中国科学院微生物研究所、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 课题负责人： 李庆章 学术骨干： 高学军、王春梅、戴欣、 孙鹏 课题 5、乳脂肪与乳蛋白合成的代谢网络整合与调控 预期目标： 1. 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，绘制出乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢调控网络，建立具有中国饲料资源特色的改善牛奶重要营养品质的系统整合理论 ； 2. 形成瘤胃 “ 稳态 ” 调控技术 2 ； 3. 根据不同生产水平的需求，建立干预乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢网络调控通路的技术途径， 试验验证乳脂肪和乳蛋白含量分别达到 4. 阐明乳脂肪和乳蛋白特征图谱 变化规律， 为评价 牛奶营养品质 提供依据。 研究内容： 1. 乳脂肪和乳蛋白合成中关键物质 代谢 通路 及其 神经内分泌调节 机制 应用整合生理学 的理论与 方法， 分析乳成分前体物生成与利用的关键物质在瘤胃、肝脏和乳腺中的代谢通路及其协同关系 ，研究 代谢关键物质与 生长轴、下丘脑垂体肾上腺轴和催乳素系统 的相互作用及 其信号转导通路， 解析机体 主要 神经内分泌 因子 对维持瘤胃、肝脏和乳腺功能“稳态”的作用及其机理 ， 绘制乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络， 阐明代谢 关键物质 与 神经内分泌 调节的互作机制，构建 乳脂肪和乳蛋白合成的 整合 分析系统 。 2. 日粮模式对乳脂肪和乳蛋白合成代谢网络中关键通路的调控 基于 乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络 的 系统整合理论，根据不同生产水平的需求，设计预期的日粮模式，验证其对 代谢网络中 关键通路的干预效果，优化乳成分前体物的形成与利用，以确保瘤胃“稳态”为前 提 ，研究提高乳脂肪和乳蛋白合成的营养调控方法。 3 生物 活性物质对乳脂肪和乳蛋白合成代谢网络中关键通路的调控 筛选植物提取物等生物活性物质，研究其作为 代谢 调控 物质 对乳脂肪和乳蛋白合成代谢网络中关键通路的干预效果及其机理，建立应用生物活性物质改善乳脂肪和乳蛋白合成的调控方法。 4. 牛奶营养品质特征及其对日粮变化的响应 运用蛋白组学、代谢组学等方法，研究不同日粮模式下牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征图谱，鉴定牛奶中乳脂肪和乳蛋白的组成与比例，分析乳脂肪和乳蛋白主要成分对日粮变化的响应关系， 揭示牛奶营养品质的基本特征 ,为评价 牛奶营养品质 提供依据 。 经费比例： 24% 承 担单位： 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所、吉林大学 课题负责人： 王加启 学术骨干： 卜登攀、熊本海、雷连成、卢庆萍 、柳巨雄 四、年度计划 研究内容 预期目标 第 一 年 1. 应用消化道瘘管和血管慢性插管动物模型，研究不同日粮模式对瘤胃发酵、 瘤胃微生物区系组成、乳成分前体物的 生成 及其在 小肠流量的影响 ； 分析 乳成分前体物 在门静脉、肝静脉 、乳腺动脉和乳静脉 中的浓度变化 及其在肝脏的 吸收 与 代谢 ，以及在乳腺 的摄取、代谢和利用 的 动态变化； 不同日粮模式下 瘤胃内 代谢异常产物 生成； 2. 乳腺上皮细胞全基因组表达谱、蛋白 质组表达谱等差异，鉴定乳腺内参与乳脂肪和乳蛋白合成的主要功能基因的结构信息；利用奶牛乳腺上皮细胞三维培养 模型 探讨乳成分前体物和 对乳腺 功能 基因表达及甲基化状态、组 蛋白乙酰化的影响； 从瘤胃微生物元基因组文库中筛选参与乳脂肪前体物生成的基因，克隆 并 测 序列； 3. 分析瘤胃、肝脏和乳腺 与 乳成分前体物生成 和 利用的协同关系及关键物质代谢通路；研究 信号通路在乳成分前体物生成与利用中的作用； 探讨 机体生长轴对维持瘤胃、肝脏和乳腺“稳态”功能的调节作用及其机理；探索牛奶乳脂肪和乳蛋白图谱的系统分析方法和条 件。 1. 揭示日粮组成影响瘤胃 成 和 肝脏内乳脂肪和乳蛋白前体物的动态变化 、 代谢转化 和 分配规律； 初步阐明 饲料组合与微生物区系组成的关系；提出瘤胃、肝脏和乳腺对乳成分前体物生成与利用的协同关系； 2. 阐明不同日粮模式下乳 成分 前体物及 异常代谢产物在奶牛乳腺中的动态变化规律及影响因素， 找出乳成分前体物和异常代谢产物对乳腺乳成分、激素、免疫指标、基因表达及甲基化状态的影响规律； 3. 筛选参与乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因组和第二基因组中功能基因（组） 1 3 个 ； 4. 揭示 信号通路在乳成分前体物生 成与利用中的作用 ，阐明 生长轴 对乳脂肪和乳蛋白前体物生成与利用的 调节机制； 5. 确定乳脂肪和乳蛋白图谱的分析方法和条件； 6. 发表 文 4 6篇 ,培养研究生 10 12 名。 研究内容 预期目标 第 二 年 1. 分析不同 日粮模式 下 小肠 内乳成分前体物的 生成量 及组成，探讨 乳成分前体物的组成模式 与参与 乳脂肪、乳蛋白合成和分泌的关键酶活性 、 候选基因 表达 、乳 成分前体物 转运载体 表达等的关系 ；鉴定参与乳腺上皮细胞摄取的关键氨基酸和小肽的特异性转运蛋白； 2. 研究 析 其 在门静脉、肝静脉中的变化及清除状况； 研究 肝脏 中免疫相关细胞因子的浓度变化 及其对肝脏免疫功能的影响； 探讨 脂肪和乳蛋白合成功能基因表达及甲基化状态 及 乳腺细胞组蛋白乙酰化的影响； 3. 初步 确定乳腺功能基因在合成代谢、转录调控和信号转导中的作用，验证其在不同日粮模式下的表达； 筛选 鉴定瘤胃微生物中参与 乳成分前体物生成 的微生物功能基因的结构信息及其功能； 4. 结合体内和体外模型 研究 信号通路在乳成分前体物生成与利用中的作用， 下丘脑垂体肾上腺轴和催乳素系统对维持瘤胃、肝脏和乳腺 “稳态”功能的调节作用及其机理 ， 筛选对乳脂肪和乳蛋白合成 有干预作用的植物提取物等生物活性物质。 1. 揭示日 粮蛋白质组成与乳蛋白前体物小肠可代谢氨基酸、小肽生成的内在联系， 鉴定参与乳腺上皮细胞摄取的关键氨基酸和小肽的特异性转运蛋白； 2. 建立 瘤胃上皮的吸收模式，初步揭示其吸收机制 ， 鉴定参与乳蛋白、乳脂肪前体物生成的关键菌群 12 个 ; 3. 阐明瘤胃代谢异常产物在肝脏中的清除效率、对肝脏免疫功能和营养重分配的影响； 4. 鉴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 5 个； 5. 阐明 号通路在乳成分前体物生成与利用中的作用 ， 阐明下丘脑垂体肾 上腺轴和催乳素系统 的 调节机制； 6. 绘制出乳脂 肪和乳蛋白合成的关键代谢调控网络， 获得具有调节乳脂肪和乳蛋白的生物活性物质 2 4 种； 7. 发表 录论文 15 18 篇，培养研究生 20 25 名 ，申报专利 2 3 项。 研究内容 预期目标 第 三 年 1. 营养素平衡对瘤胃 乳成分前体外和异常 代谢 产物的代谢、乳脂肪前体物 在瘤胃上皮的转运与吸收 、乳蛋白前体物 在小肠上皮细胞的转运与吸收 影响 ； 确定 瘤胃酸中毒条件下代谢异常产物对 乳成分前体物 生成 、 吸收 和 胃肠道粘膜屏障功能的影响； 2. 研究参与肝脏物质代谢的关键功能基因在不同 日粮 模式下 的表达谱变化，分 析 对肝脏物质代谢关键功能基因表达谱的影响， 揭示 其 对 肝脏内乳成分 前体物重分配的 调节 机理 及乳腺乳脂肪和乳蛋白合成影响的表观遗传机理； 3. 分析乳成分前体物对乳腺乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因表达及甲基化 程度 的影响，确定 激素 、 生长因子、植物生物活性物质等外源信号 对 乳腺细胞内乳成分 前体物摄取、代谢和利用的影响机制 ； 4. 研究乳成分前体物生成利用 与神经内分泌 系统调节 的互作关系，绘制 乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络， 研究设计营养素和生物活性物质 对关键通路的干预效果 及其机理 ；完成 典型 日粮模式下牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征图谱； 1. 揭示乳成分前体物在瘤胃合成 、吸收和代谢的机制， 建立乳蛋白前体物在小肠 的吸收模式及吸收动力学模型； 探明微量营养成分影响瘤胃发酵以及微生物区系的机制； 2. 阐明 异常代谢产物影响胃肠道上皮细胞功能的机理 ，揭示 影响肝脏物质代谢关键功能基因表达谱变化规律， 及其对 乳 成分 前体物重分配 影响的分子机理； 3. 揭示外源 调节因子 对乳腺上皮细胞乳脂肪前体物代谢、摄取、利用和分配的影响规律及其机制； 4. 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 个； 5. 揭示不同 日粮模式下瘤胃、肝脏和乳腺 内 乳 成分 前体物生 成与利用的协同关系 ;绘制出乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢调控网络，建立干预乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢网络调控通路的技术途径； 建立典型日粮条件下 牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征图谱，获得具有 明 确干预效果的日粮模式 1 2 种，形成瘤胃“稳态”调控技术 1 项； 6. 发表 录论文 20 25 篇，培养研究生 25 30 名，申报专利 2 3 项。 研究内容 预期目标 第 四 年 1. 研究瘤胃细菌、真菌和原虫在乳成分前体物生成过程中的互作 ；日粮因素影响瘤胃上皮和小肠 吸收 乳成分前体物的 机理 ； 2. 对肝脏物质代谢关键功能基因与免疫相关细胞因子基因表达谱式 发生变化的细胞重编程的影响，分析肝脏免疫与代谢功能的相互关系，及其对肝脏免疫功能和营养重分配的影响； 揭示 异常代谢产物对肝脏内乳 成分 前体物重分配 和乳腺乳成分合成 “重编程”的 分子机制； 3. 研究肝脏物质代谢功能基因与免疫相关细胞因子基因表达谱式建立和维持的细胞编程规律；乳成分前体物的组成模式对乳腺 功能 基因、乳蛋白转运载体表达量的影响，探讨其调控机制；确定激素、生长因子、植物生物活性物质等外源信号干预基因组表达后乳成分前体物需求的变化 ； 4. 研究不同日粮模式下关键代谢物质与神经内分泌系统的互作关系，构建基于信号转 导通路的关键物质与神经内分泌网络互作的整合分析系统；建立应用生物活性物质改善乳脂肪和乳蛋白合成的调控方法；确定牛奶中乳蛋白、乳脂肪的特征组成及其比例 。 1. 阐明乳成分前体物在消化道内的吸收机制 及 日粮影响瘤胃吸收机理，探明日粮长链脂肪酸在瘤胃的氢化效率及其影响机制，揭示 瘤胃微生物在乳成分前体物 生成 中的调节 作用 ； 2. 阐明肝脏物质代谢功能基因与免疫相关细胞因子基因表达谱式和细胞编程规律 ， 揭示肝脏内乳脂肪和乳蛋白前体物重分配的细胞“重编程”分子机制； 3. 提出脂肪酸和氨基酸等乳成分前体物 发挥最佳协同作用的平衡模式， 确 定乳成分前 体 物与乳腺功能基因的互作关系； 4. 揭 示乳脂肪和乳蛋白功能合成基因（组）高效表达的营养需要和调控途径； 5. 阐明乳脂肪和乳蛋白特征图谱变化规律， 建立具有中国饲料资源特色的改善牛奶重要营养品质的系统整合理论 ； 6. 发表 录论文 26 30 篇；培养研究生 30 35 名，申报专利 3 4 项。 研究内容 预期目标 第 五 年 1. 日粮组成以及饲料添加物对瘤胃发酵类型、微生物菌群结构、数量与功能的影响； 2. 分析功能基因的甲基化水平，研究瘤胃代谢异常产物影响肝脏 和乳腺 细胞重编程的表观遗传机理；瘤胃上皮对 异常代谢产物适应机制及其瘤胃内 代谢异常 产物生成的控制； 3. 分析预测第一基因组与第二基因组在乳脂肪和乳蛋白合成中的关联性 ， 通过不同日粮模式奶牛试验筛选验证具有 关联 作用功能基因（组） ； 4. 探讨实现“前体物质最大化，异常物质最小化、活性物质高效化”三种模式的条件，优化乳成分前体物的形成与利用，研究提高乳脂肪和乳蛋白合成的营养调控方法；分析乳脂肪和乳蛋白特征图谱对日粮变化的响应关系，研究评价牛奶营养品质特征的基础方法。 1. 鉴定参与乳脂肪、乳蛋白前体物生成的关键菌群 12 个； 获得 两个基因组 中具有关联性的功能基因 3 5 个 ； 2. 建立消化道内乳脂肪和 乳蛋白前体物生成的优化模式；揭示维护瘤胃上皮结构和功能完整性的途径和机理，形成控制代谢异常产物的瘤胃健康模式； 3. 揭示引起肝脏内参与乳脂肪和乳蛋白前体物转化与分配的功能基因差异表达的表观遗传机理； 阐明 乳腺乳成分和 异常代谢产物对乳腺乳成分前体物的摄取、利用及其调节机理； 4. 建立干预乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢网络调控通