《Poultry Science》：Integrative Analysis of CUT&Tag-seq and RNA-seq Reveals Widespread H3K27ac Upregulation Associated with the Activation of Muscle-Growth-Related Transcriptional Programs in Broiler Breast Muscle
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為探究長期選育如何重塑肉雞的分子適應機制，研究人員整合表觀基因組與轉錄組學技術，比較了白羽肉雞與文昌雞的H3K27ac修飾譜和基因表達。結果表明，肉雞胸肌中存在廣泛的H3K27ac上調，這些修飾區域富集于MEF2B/SIX1結合基序并鄰近mTOR、MAPK等肌肉生長通路基因，其轉錄也顯著激活。研究揭示了高代謝能量攝入導致乙酰輔酶A積累，進而驅動H3K27ac沉積并激活肌肉生長通路的潛在代謝-表觀-轉錄調控軸，為動物遺傳改良機制提供了新見解。
在現代家禽養殖業中，白羽肉雞因其驚人的生長速度和飼料轉化效率而成為產業支柱。與之形成對比的是，像文昌雞這樣的地方品種，雖然風味獨特，但生長相對緩慢。這種巨大的性狀差異是數十年高強度人工選擇和營養優化的結果。但一個核心的生物學謎題隨之而來：除了遺傳層面的變化，表觀遺傳調控——即不改變DNA序列、卻影響基因表達的分子機制——是否也在肉雞的快速生長中發揮了系統性的作用？具體來說，組蛋白修飾作為連接細胞代謝狀態與基因活性的關鍵界面，是否已被肉雞的育種歷史所重塑？長期以來，關于“代謝-表觀遺傳-轉錄”這條調控軸線如何驅動動物經濟性狀形成的系統性研究仍然有限。
為此，研究人員在《Poultry Science》上發表了他們的研究。他們通過整合H3K27ac CUT&Tag-seq和RNA-seq技術，比較了7日齡的白羽肉雞與文昌雞胸肌組織。研究主要揭示了肉雞胸肌中全局性的組蛋白H3第27位賴氨酸乙酰化(H3K27ac)水平顯著上調，這一表觀遺傳改變與能量代謝增強、關鍵肌肉生長信號通路激活密切相關。研究提出，肉雞更高的代謝能量攝入導致細胞內乙酰輔酶A(acetyl-CoA)水平升高，作為H3K27ac修飾的底物，驅動了肌肉生長相關基因區域的組蛋白乙酰化，從而激活轉錄程序，形成一個連接代謝、表觀遺傳、轉錄與肌肉生長的潛在調控軸。這為理解動物育種過程中表觀遺傳景觀的協同變化提供了新視角。
在技術方法上，研究采集了7日齡雄性白羽肉雞和文昌雞的胸肌樣本。通過商業飼養手冊數據計算了兩種雞的相對采食量與代謝能量攝入。利用RNA-seq技術進行轉錄組分析，鑒定差異表達基因。采用H3K27ac CUT&Tag-seq技術描繪全基因組范圍內的H3K27ac修飾圖譜，并鑒定差異修飾峰。使用酶聯免疫吸附試驗(ELISA)檢測胸肌組織中的乙酰輔酶A濃度。通過qRT-PCR和CUT&Tag-qPCR對關鍵結果進行了驗證。
研究結果
肉雞表現出更高的代謝能量攝入
研究首先證實，在7日齡時，肉雞的體重是文昌雞的2.73倍。即便在相同體重下，肉雞的日相對采食量和日代謝能量攝入也始終高于文昌雞。這說明肉雞不僅吃得更多，而且能將更多的能量導向肌肉沉積。
7日齡肉雞胸肌表現出顯著升高的H3K27ac
對胸肌進行的H3K27ac CUT&Tag測序數據顯示，H3K27ac信號富集在基因的轉錄起始位點(TSS)附近。主成分分析(PCA)顯示，兩種雞的H3K27ac修飾譜完全分離。差異峰分析發現，肉雞中有2325個H3K27ac修飾峰顯著上調，而僅有142個下調峰，上調峰數量是下調峰的16.37倍，表明肉雞胸肌在全局水平上存在顯著的H3K27ac上調。
差異H3K27ac峰富集在肌肉生長相關基因附近
通過將差異峰注釋到最近的基因，研究人員發現這些基因顯著富集于與肌肉發育和代謝相關的通路中，例如mTOR、MAPK、TGF-β、鈣離子信號通路以及細胞骨架組織等。此外，這些差異修飾峰在序列上顯著富集了MEF2B和SIX1這兩種肌源性轉錄因子的結合基序，提示這些因子可能指導H3K27ac在特定基因組位點的沉積。
轉錄組分析揭示了7日齡肉雞胸肌中活躍的能量代謝和肌肉生長
轉錄組分析發現，在肉雞胸肌中，共有940個基因上調表達。這些上調的基因主要富集于脂質代謝（如PPAR信號通路、過氧化物酶體）和肌肉發育（如肌細胞分化、橫紋肌細胞分化、肌動蛋白細胞骨架組織）相關通路。同時，細胞周期、DNA復制與修復等相關基因則普遍下調，表明肉雞胸肌的生長更多依賴于細胞肥大（蛋白質合成）而非細胞增殖。
H3K27ac富集與肉雞胸肌中的基因表達強相關
在差異H3K27ac峰相關的1639個基因中，有459個是差異表達基因，其中367個上調。重要的是，82.1%的基因其表達變化方向與H3K27ac修飾變化方向一致（即上調的H3K27ac伴隨基因表達上調）。這些受H3K27ac調控的基因同樣富集于mTOR、FoxO、MAPK、鈣離子等肌肉生長相關通路。通過CUT&Tag-qPCR對關鍵基因MYOM2、LMOD2和SKI進行驗證，證實了肉雞中這些基因位點的H3K27ac信號確實更高。
乙酰輔酶A濃度升高與肉雞胸肌更高的H3K27ac水平相關
研究人員探討了H3K27ac升高的可能原因。轉錄組數據顯示，組蛋白乙酰轉移酶(HAT)和去乙酰化酶(HDAC)的表達在兩種雞之間沒有顯著差異。然而，生化檢測發現，肉雞胸肌中的乙酰輔酶A濃度是文昌雞的1.46倍。這表明，肉雞胸肌中H3K27ac的上調并非由酶的表達量變化驅動，而更可能與作為底物的乙酰輔酶A水平升高有關。
結論與討論
該研究的結論表明，與文昌雞相比，商品化肉雞在胸肌中表現出H3K27ac的廣泛上調。這些差異修飾的H3K27ac峰顯著富集在肌肉生長相關基因附近，并伴隨著這些基因轉錄的一致上調，表明增強的乙酰化修飾與肌肉生長相關轉錄程序的激活密切相關。此外，上調的乙酰化峰富集于能夠招募組蛋白乙酰轉移酶的轉錄因子基序，為靶向性乙酰化提供了潛在機制。最后，研究提出肉雞胸肌中顯著更高的乙酰輔酶A水平可能促進了組蛋白乙酰化水平的提升。
綜合全文，研究提出一個潛在的代謝-表觀遺傳調控模型來解釋肉雞的快速生長：在高代謝能量攝入和代謝狀態下，細胞內乙酰輔酶A水平增加，為組蛋白乙酰化提供了充足的底物；同時，MEF2B、SIX1等肌源性轉錄因子結合到特定位點，招募組蛋白乙酰轉移酶，建立起局部高水平的H3K27ac；這一系列變化共同激活了mTOR、MAPK、TGF-β等核心肌肉生長信號通路，最終驅動了能量向肌肉的高效轉化和快速沉積。該研究揭示了組蛋白修飾在動物育種過程中也可能發生系統性的協同轉變，為理解動物遺傳改良的分子機制提供了一個連接代謝、表觀遺傳學、轉錄和表型的新視角。
