《Poultry Science》：Identification of central regulators related to residual feed intake in Huainan chickens based on weighted gene co-expression network analysis
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為解決家禽飼養(yǎng)成本高、飼料效率需提升的產(chǎn)業(yè)難題，研究人員通過(guò)對(duì)高、低剩余采食量（RFI）的淮南雞開(kāi)展表型與小腸轉(zhuǎn)錄組研究，結(jié)合差異基因分析與加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA），鑒定出與RFI顯著相關(guān)的多個(gè)核心調(diào)控基因（如ACE2、PCK1、FABP2等），涉及線粒體功能及糖脂代謝通路。該研究為深入理解RFI的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、指導(dǎo)家禽分子育種以改善飼料效率提供了重要依據(jù)。
在畜牧業(yè)，尤其是家禽生產(chǎn)中，飼料成本占據(jù)總成本的六到七成，因此，提高飼料效率、降低生產(chǎn)成本是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。剩余采食量（Residual Feed Intake， RFI）作為一種衡量飼料效率的重要指標(biāo)，其定義為個(gè)體實(shí)際采食量與基于其維持和生長(zhǎng)所需預(yù)測(cè)采食量之間的差值。由于RFI與生長(zhǎng)速率、體重等生產(chǎn)性狀表型上相對(duì)獨(dú)立，且具有中等遺傳力，使其成為選育高飼料效率家禽的理想指標(biāo)。然而，RFI對(duì)肉雞屠宰性能與肉品質(zhì)的影響，以及其背后復(fù)雜的分子遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，仍不完全清楚。為解決這些問(wèn)題，深入研究RFI的調(diào)控機(jī)制，對(duì)推動(dòng)家禽高效育種具有重要的理論和實(shí)踐意義。
近期，一項(xiàng)發(fā)表在《Poultry Science》上的研究，以中國(guó)地方雞種——淮南雞為研究對(duì)象，為我們揭開(kāi)了RFI相關(guān)分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的一角。這項(xiàng)題為“Identification of central regulators related to residual feed intake in Huainan chickens based on weighted gene co-expression network analysis”的研究，通過(guò)系統(tǒng)的表型測(cè)定、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和生物信息學(xué)分析，旨在比較不同RFI表型雞只的生產(chǎn)性能差異，并挖掘調(diào)控RFI的關(guān)鍵基因，為分子育種提供新的靶點(diǎn)。
為了開(kāi)展這項(xiàng)研究，研究人員主要應(yīng)用了以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方法：
- 1.
表型測(cè)定與分組：研究對(duì)315只49至91日齡的雄性淮南雞進(jìn)行了個(gè)體飼養(yǎng)，精確記錄其采食量和增重，并計(jì)算RFI值。根據(jù)RFI值，將最高的30只雞定義為高剩余采食量（HRFI）組，最低的30只定義為低剩余采食量（LRFI）組，構(gòu)成了研究的基礎(chǔ)樣本隊(duì)列。
- 2.
高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）：從兩組中隨機(jī)各選取9個(gè)個(gè)體，采集其小腸組織進(jìn)行RNA提取，構(gòu)建cDNA文庫(kù)，并利用Illumina NovaSeq 6000平臺(tái)進(jìn)行150 bp雙端測(cè)序，獲取基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)。
- 3.
生物信息學(xué)分析：
- •
差異表達(dá)基因（DEG）分析：使用DESeq2軟件包對(duì)HRFI組和LRFI組的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行差異分析，篩選顯著上下調(diào)的基因。
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加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）：利用R語(yǔ)言的WGCNA包，基于所有樣本的表達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，識(shí)別與RFI表型高度相關(guān)的基因模塊。
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功能富集與蛋白互作網(wǎng)絡(luò)分析：對(duì)篩選出的關(guān)鍵基因進(jìn)行基因本體（GO）富集分析，并使用STRING數(shù)據(jù)庫(kù)和Cytoscape軟件構(gòu)建蛋白-蛋白相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)，以探索其參與的生物學(xué)過(guò)程和核心調(diào)控節(jié)點(diǎn)。
- 4.
定量實(shí)時(shí)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（qPCR）驗(yàn)證：挑選部分關(guān)鍵基因，利用qPCR技術(shù)在獨(dú)立的樣本中驗(yàn)證RNA-seq結(jié)果的可靠性。
研究人員通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析，得出了一系列重要的結(jié)果：
比較不同RFI組的生長(zhǎng)性能
結(jié)果證實(shí)，與HRFI組相比，LRFI組的平均日采食量（ADFI）和RFI值均顯著降低，料重比（FCR）也顯著更低。同時(shí)，兩組的初始體重（BW49）、末體重（BW91）和代謝中間體重（MMW）均無(wú)顯著差異，這驗(yàn)證了RFI作為獨(dú)立于體重的飼料效率指標(biāo)的可靠性。
比較不同RFI組的屠宰性能
在屠宰性能方面，研究發(fā)現(xiàn)LRFI組的腹部脂肪率顯著低于HRFI組，而胴體率、半凈膛率、胸肌率和腿肌率等指標(biāo)在兩組間雖無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但LRFI組均呈現(xiàn)數(shù)值上更高的趨勢(shì)。這一表型差異可能與HRFI組中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1（PCK1）基因的高表達(dá)有關(guān)，該基因可能通過(guò)增強(qiáng)糖代謝促進(jìn)腹部脂肪沉積。
比較不同RFI組的肉品質(zhì)
在肉品質(zhì)指標(biāo)上，包括pH值、肉色（L*、a*、b*值）、蒸煮損失和剪切力在內(nèi)，HRFI與LRFI組之間均未發(fā)現(xiàn)顯著差異，表明RFI對(duì)淮南雞的肉品質(zhì)基本無(wú)影響。
差異基因表達(dá)與功能分析
通過(guò)對(duì)小腸轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析，共鑒定出279個(gè)差異表達(dá)基因（DEGs），其中HRFI組相對(duì)于LRFI組有170個(gè)基因下調(diào)，109個(gè)基因上調(diào)。功能富集分析顯示，這些差異基因顯著富集于“腸道吸收”、“消化系統(tǒng)過(guò)程”和“代謝途徑”等生物學(xué)過(guò)程。例如，分化簇36（CD36）和ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G8（ABCG8）與營(yíng)養(yǎng)吸收相關(guān)；谷氨酰胺合成酶（GLUL）和PCK1則與脂質(zhì)沉積和糖代謝密切相關(guān)。
關(guān)鍵基因鑒定與PPI網(wǎng)絡(luò)分析
利用WGCNA，研究人員從23097個(gè)基因中構(gòu)建了共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，并識(shí)別出27個(gè)基因模塊。其中，洋紅色模塊（magenta module）與RFI呈顯著正相關(guān)（R=0.66），而粉色模塊（pink module）與RFI呈顯著負(fù)相關(guān)（R=-0.6）。通過(guò)設(shè)定模塊成員度（MM）> 0.8和基因顯著性（GS）> 0.4的標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合差異表達(dá)分析，最終篩選出86個(gè)與RFI相關(guān)的關(guān)鍵基因。對(duì)這些基因進(jìn)行蛋白互作網(wǎng)絡(luò)和功能富集分析，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)可能的核心調(diào)控因子：
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線粒體功能相關(guān)基因：如血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）和氨基羧粘康酸半醛脫羧酶（ACMSD）。ACE2可通過(guò)Akt/FoxO1和PKA通路激活線粒體功能，影響能量消耗；ACMSD則調(diào)控?zé)燉０废汆堰识塑账幔∟AD+）合成，影響線粒體功能。它們?cè)贖RFI組中上調(diào)，可能意味著更高的能量消耗，從而降低了用于生長(zhǎng)的能量分配，導(dǎo)致飼料效率下降。
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糖代謝相關(guān)基因：如脂肪酸結(jié)合蛋白2（FABP2）、胎球蛋白B（FETUB）和PCK1。FABP2影響脂肪酸攝取和葡萄糖代謝；FETUB會(huì)抑制胰島素刺激的葡萄糖攝取；PCK1是糖異生的限速酶，其蛋白激酶活性對(duì)脂肪生成至關(guān)重要。這些基因在HRFI組中的上調(diào)影響了機(jī)體的葡萄糖代謝，進(jìn)而影響飼料效率和脂肪沉積。
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脂代謝相關(guān)基因：如載脂蛋白AI（APOA1），它是脂蛋白代謝和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)因子。
定量實(shí)時(shí)PCR驗(yàn)證
研究還通過(guò)qPCR對(duì)9個(gè)篩選出的關(guān)鍵基因進(jìn)行了表達(dá)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，qPCR與RNA-seq測(cè)得的基因表達(dá)變化趨勢(shì)高度一致，兩者相對(duì)表達(dá)量（log2倍變化）的皮爾遜相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.9744，證實(shí)了轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。
綜上所述，本項(xiàng)研究通過(guò)系統(tǒng)的表型比較和深入的分子機(jī)制探索，得出以下核心結(jié)論：在淮南雞中，低剩余采食量（LRFI）個(gè)體具有更低的腹部脂肪沉積，但在其他肉品質(zhì)和屠宰性能指標(biāo)上無(wú)明顯劣勢(shì)。更重要的是，研究成功鑒定了多個(gè)與RFI顯著相關(guān)的核心調(diào)控基因，這些基因主要涉及線粒體功能（如ACE2、ACMSD）、葡萄糖代謝（如FABP2、FETUB、PCK1）和脂質(zhì)代謝（如APOA1）等關(guān)鍵生物學(xué)過(guò)程。這些發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對(duì)RFI這一復(fù)雜數(shù)量性狀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解，揭示了飼料效率與特定代謝通路之間的內(nèi)在聯(lián)系，而且為通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇（MAS）等手段培育飼料效率高、脂肪沉積少的優(yōu)質(zhì)肉雞新品種提供了寶貴的候選基因和理論依據(jù)。這項(xiàng)研究將分子生物學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)育種需求緊密結(jié)合，對(duì)降低家禽養(yǎng)殖成本、提高產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和推動(dòng)可持續(xù)畜牧業(yè)發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。
