基于单细胞测序的固始鸡肌内脂肪与腹脂差异沉积机制及G0S2基因功能研究

本研究针对家禽腹脂过度沉积影响生产性能而肌内脂肪适度沉积改善肉品质的产业问题，通过系统分析固始鸡胸肌和腹脂组织在不同周龄的脂肪沉积规律，并结合单细胞RNA测序技术，首次在单细胞分辨率下解析了两种脂肪组织的细胞组成差异，发现G0S2基因在腹脂前体细胞中特异性高表达。功能验证表明，G0S2通过上调CEBP/α、PPARγ等成脂基因，显著促进腹脂沉积，且其作用效果强于在肌内脂肪细胞中的作用，为理解家禽脂肪组织特异性沉积机制提供了新见解。

　　

家禽的脂肪沉积是一把双刃剑。适度的肌内脂肪（Intramuscular Fat, IMF）沉积能够显著改善肉品的风味、嫩度和多汁性，是优质禽肉的重要标志。然而，过量的腹部脂肪（Abdominal Fat, AF）沉积则会降低饲料转化率、增加饲养成本，并可能引发猝死综合征、腹水等健康问题，直接影响养殖经济效益。因此，在 poultry breeding（家禽育种）中，如何实现“高IMF、低AF”的理想表型，一直是科学家和育种家努力的目标。然而，一个核心的科学问题尚未得到很好的解答：为什么在同一只鸡体内，不同部位的脂肪沉积会存在如此显著的差异？其背后的细胞和分子机制究竟是什么？为了解决这一问题，研究人员将目光投向了中国优秀的地方鸡种——固始鸡。

为了揭示固始鸡IMF和AF差异沉积的奥秘，研究人员在《Poultry Science》上发表了他们的最新成果。他们首先系统描绘了固始鸡从2周龄到22周龄的生长过程中，IMF和AF的动态沉积规律。研究发现，AF沉积率呈现逐步上升的趋势，而IMF沉积率则表现出“W”形的波动模式，并且在12周龄和14周龄分别是IMF和AF沉积的关键转折点。更重要的是，腹部脂肪组织中的甘油三酯（Triglyceride）含量和积累速率远高于胸肌组织。这些表型数据清晰地表明，固始鸡的IMF和AF沉积确实存在时空特异性。

为了从更精细的层面探究其内在机制，研究团队采用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）这一前沿技术，对2周龄固始鸡的胸肌和腹脂组织进行了分析。这项技术能够揭示组织中每种细胞类型的基因表达特征，就像给组织中的细胞拍了一张“高清合影”，并能识别出每一个“家庭成员”的独特身份和状态。通过分析，他们在胸肌组织中鉴定出8种细胞亚群，其中肌细胞占比最高（47.84%），而与脂肪生成相关的纤维脂肪源性祖细胞（Fibro-adipogenic progenitor, FAP）和成熟脂肪细胞占比相对较少。相反，在腹脂组织中鉴定出的9种细胞亚群里，FAPs成为了“主力军”（46.32%），成熟脂肪细胞的比例也远高于胸肌。进一步的细胞轨迹分析发现，胸肌中的FAPs主要倾向于分化为肌细胞，只有少部分走向脂肪细胞分化路径；而腹脂组织中的FAPs则“一心一意”地分化为脂肪细胞。这种细胞命运决策的差异，为解释不同部位脂肪沉积能力的差异提供了重要的细胞学基础。

通过对两种组织来源的脂肪细胞进行差异基因表达分析，研究人员筛选出了一批具有组织特异性的关键基因。其中，G0S2基因在腹脂脂肪细胞中特异性高表达，引起了他们的特别注意。G0S2是一个已知的与脂质代谢调控相关的基因。那么，它在固始鸡IMF和AF差异沉积中究竟扮演了什么角色？

为了回答这个问题，研究团队分离培养了固始鸡的原代肌内脂肪细胞（IMFc）和腹部脂肪细胞（AFc），并分别进行了G0S2的过表达和基因沉默（ knockdown）实验。结果非常有意思：过表达G0S2确实能促进两种脂肪细胞的脂滴积累，但它对AFc的“促肥”效果明显更强；相反，敲低G0S2对AFc脂质分解的促进作用也更显著。在分子水平上，G0S2过表达能更显著地上调AFc中关键成脂基因（如CEBP/α, PPARγ, FASN）的表达。这些实验结果有力地证明，G0S2是导致固始鸡腹脂沉积能力强于肌内脂肪的关键因子之一。

本研究综合运用了以下关键技术方法：首先，对固始鸡（样本来源：河南三高农牧股份有限公司）进行了长达22周的生长发育追踪，系统测定了活重、胸肌重、腹脂重、脂肪含量以及甘油三酯、胆固醇、磷脂等生化指标。其次，利用10x Genomics单细胞RNA测序平台对2周龄鸡的胸肌和腹脂组织进行scRNA-seq，并通过Seurat软件包进行细胞聚类、注释和差异基因分析。最后，通过体外分离培养原代肌内和腹部脂肪细胞，进行G0S2基因的过表达和RNA干扰（RNAi）功能验证，并结合Oil Red O染色、甘油三酯含量测定等技术评估脂质沉积变化。

研究结果

沉积模式： 通过分析0至22周龄固始鸡的屠宰性状和脂肪含量，发现AF沉积率随周龄逐渐增加，而IMF沉积率呈“W”型波动。生化指标显示腹脂中甘油三酯含量和积累速率显著高于胸肌。

单细胞图谱： 对2周龄鸡胸肌和腹脂组织的scRNA-seq分析成功构建了细胞图谱。胸肌以肌细胞为主，腹脂以FAPs为主。轨迹分析揭示胸肌FAPs主要分化为肌细胞，而腹脂FAPs专一地向脂肪细胞分化。

差异基因与功能富集： 比较肌内和腹部脂肪细胞的基因表达谱，发现G0S2、NEBL等基因在腹部脂肪细胞中特异性高表达，而PDE3A、NOX4等基因在肌内脂肪细胞中高表达。KEGG富集分析表明腹部脂肪细胞基因显著富集于PPAR信号通路等成脂相关通路。

G0S2功能验证： 体外实验证实，过表达G0S2能显著促进AFc和IMFc的成脂分化及脂质积累，但对AFc的促进作用更强；敲低G0S2则得到相反效果。G0S2特异性地上调了AFc中FASN的表达，并更有效地抑制了AFc的脂解。

结论与意义

本研究通过表型分析、单细胞测序和功能验证相结合的策略，系统地揭示了固始鸡肌内脂肪和腹部脂肪差异沉积的细胞和分子基础。研究不仅绘制了两种脂肪组织的高分辨率细胞图谱，揭示了FAPs在不同微环境下的分化偏好，更重要的是鉴定出G0S2作为调控腹脂特异性沉积的关键基因。该研究深化了对家禽脂肪组织异质性的理解，为通过分子育种手段精准调控家禽脂肪沉积（提高IMF、降低AF）提供了重要的理论依据和潜在的基因靶点。其研究思路和方法也为其他经济动物肉质性状的遗传改良提供了借鉴。