FSHW | 僵直前和解僵后羊肉中多种蛋白质翻译后修饰组学图谱分析

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Introduction

活细胞中，细胞通过血液供氧并维持生命活动的动态平衡，但畜禽宰后血液供应停止，肌肉经历不可逆的缺氧并启动细胞死亡过程。宰后肉的僵直解僵是一个复杂的变化过程，蛋白质在从肌肉到肉的转变中起重要作用，蛋白质特性与肉品质密切相关。蛋白质翻译后修饰（protein post-translational modifications，PTMs）调控蛋白质性质，是决定肉品质的重要因素之一，与肉色、嫩度、持水力等品质密切相关。蛋白质翻译后修饰如何影响僵直前后肉品质的变化尚不清楚，需要进一步研究。本研究采用多种蛋白质翻译后修饰组学技术，解析了宰后僵直前（0.5 h）和解僵后（5 day）羊肉中蛋白质磷酸化、亚硝基化、乙酰化和泛素化修饰变化图谱，揭示蛋白质翻译后修饰调控宰后肉品质变化的作用。

结果与讨论

僵直前后宰后羊肉中多种蛋白质翻译后修饰组学图谱概括

采用label free蛋白质组学技术分析磷酸化、乙酰化和泛素化修饰变化，共获得4 611 807张质谱图；采用Iodo TMT标记技术分析蛋白质亚硝基化修饰变化，共获得1 292 201张质谱图。分别匹配到975、1 427、1 028和483 个乙酰化、磷酸化、亚硝基化和泛素化蛋白，并鉴定出4 679、5 154、3 415和1 921 个乙酰化、磷酸化、亚硝基化和泛素化总位点（图1b）。利用circos图分析宰后不同时间羊肉中PTMs的整体情况（图1c），将鉴定到的PTMs蛋白进行亚细胞定位，发现无论僵直前还是解僵后，细胞质中的PTMs蛋白最多。细胞质中的磷酸化、乙酰化和亚硝基化蛋白数量在僵直前后无显著变化，但泛素化蛋白数量在解僵后显著减少。细胞核中鉴定到的PTMs蛋白数量仅次于细胞质，是第二大翻译后修饰蛋白群。本研究中PTMs图谱揭示了细胞核蛋白可能是与宰后肉品质变化相关的另一类重要蛋白。与细胞核中的PTMs图谱相似，线粒体中磷酸化和泛素化蛋白数量在解僵后也减少。

图1 僵直前后宰后羊肉中多种蛋白质翻译后修饰图谱变化

蛋白质相互作用分析

针对201 个PTMs蛋白的相互作用分析表明，肌肉收缩蛋白形成了最大的蛋白相互作用网络，包含22 个骨架蛋白，这些蛋白在解僵后呈现出泛素化修饰下调和S-亚硝基化上调趋势（图2）。其中MYL1（肌球蛋白轻链1）和TTN（肌联蛋白）与其他蛋白形成了较大的互作网络。糖酵解、TCA循环和氧化磷酸化是三个与能量代谢相关的网络，包含磷酸化、S-亚硝基化下调蛋白。

图2 蛋白质相互作用网络

乙酰化和泛素化修饰互作分析

蛋白质乙酰化和泛素化修饰均发生在赖氨酸位点，可能产生翻译后修饰间互作。本研究对同一赖氨酸位点上发生的乙酰化和泛素化修饰进行了相关性分析（图3），结果表明宰后肉中蛋白质乙酰化和泛素化相关性较小，更倾向于独立调控。且与泛素化修饰相比，宰后肉中乙酰化修饰水平在僵直前后更加稳定。对相关性进行排序，并重点关注相关性前20的修饰位点，发现解僵后MYL2（肌球蛋白轻链2）K102位点、MYH1（肌球蛋白1）K30位点、CKM（肌酸激酶）K307位点、ALDOA（果糖二磷酸醛缩酶A）K42位点、TPM3（原肌球蛋白α-3）K214位点的泛素化水平明显低于其乙酰化水平。

图3 乙酰化和泛素化修饰互作分析

结论

本研究解析了僵直前后羊肉中多种蛋白质翻译后修饰组学图谱，发现肌肉收缩、糖酵解、钙信号转导和2-氧代羧酸代谢是涉及蛋白质翻译后修饰的重要通路，共同调控僵直前后肉品质变化，为进一步深入探究PTMs影响宰后肌肉向肉转变过程间的机制提供了重要支撑。

第一作者简介

任驰，中国农业科学院与比利时列日大学联合培养博士，主要研究方向为蛋白质翻译后修饰调控生鲜肉品质机理。以第一作者在Food Chemistry等期刊发表SCI论文8 篇，担任SCI期刊Protein Journal审稿人。现为河北农业大学食品科技学院副教授。

通信作者简介

李欣，博士，研究员，中国农业科学院农产品加工研究所肉品科学与营养工程创新团队科研骨干，担任中国畜产品加工研究会理事、北京食品学会理事。主要研究领域为生鲜肉保鲜减损机理和新型冷链物流技术，解决我国生鲜肉保鲜期短、损耗大的重大难题。先后主持国家重点研发计划国际合作项目、国家自然科学基金面上项目、河北省重点研发计划项目等国家和省部级项目8项、（子）课题3 项；发表学术论文80余篇，其中以第一/通信作者发表高质量学术论文35 篇；获得授权专利43 项；参与出版专著2 部、编著2 部。获国家科技进步二等奖、神农中华农业科技奖一等奖等国家、省部级奖励6 项。

Comprehensive study of protein phosphorylation, acetylation, ubiquitination and S-nitrosylation profiles in pre- and post-rigor meat

Chi Rena, Yuqiang Baia, Yejun Zhanga, Chengli Houa, Li Chena, James D. Mortonb, Xin Lia,*, Zhenyu Wanga, Dequan Zhanga

a Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Agro-products Quality & Safety in Harvest, Storage, Transportation, Management and Control, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100193, China

b Faculty of Agriculture and Life Sciences, Lincoln University, Lincoln 7647, New Zealand

*Corresponding author.

Abstract

This study investigated the integrated atlas of protein phosphorylation, acetylation, ubiquitination and S-nitrosylation in pre-rigor (0.5 h) and post-rigor (5 days) lamb to interpret the roles of protein post-translational modifications (PTMs) during meat aging. The results showed that the most common PTMs in postmortem meat were phosphorylated proteins. PTMs regulation during the postmortem period altered proteins involved in metabolic pathways and muscle contraction. The phosphorylation and ubiquitination of proteins located in mitochondria and nuclear changed significantly between 0.5 h and 5 days postmortem. Gene set enrichment analysis revealed possible roles of total PTMs proteins, with a general downregulation of phosphorylation, acetylation and ubiquitination. There was a weak correlation in the lysine PTM of acetylation and ubiquitination at the same site in postmortem meat. Multiple PTMs of proteins in glycolysis, TCA cycle, muscle contraction and the calcium signaling pathway cooperatively regulate meat quality development from pre-rigor to post-rigor.

Reference:

RAN X, LI K F, LIU J X, et al. Phlorizin alleviates mastitis and preserves the blood-milk barrier by metabolizing into phloretin[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(6): 9250147. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250147.

本文编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、安徽省农科院农产品加工研究所、安徽科技学院、皖西学院、黄山学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。

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