调控细胞周期通路的特征助力鸡产蛋杂种优势的研究

为探究鸡产蛋杂种优势的分子机制，研究人员以白来航鸡和北京油鸡为实验对象，对其纯种和杂种鸡在 5 个产蛋阶段的卵巢进行转录组测序分析。结果发现细胞周期通路相关基因的优势表达对产蛋杂种优势有贡献，为解析产蛋杂种优势机制提供了新视角。

　　在农业生产中，杂种优势（Heterosis）的利用十分广泛，它能显著提升动植物的生产力、繁殖力和活力。鸡作为重要的家禽，其杂种优势在蛋肉生产方面表现突出，一直是科研领域的热门研究对象。产蛋量是蛋鸡选育的关键指标，然而，此前关于鸡产蛋杂种优势的研究存在诸多局限。多数研究仅进行单阶段组织采样，这不仅容易产生转录噪音，还可能导致假阳性结果；而且以往的转录组分析多聚焦于差异表达基因（DEGs），但这些基因是否为协调基因尚不明确，它们之间的协作关系更是难以揭示。因此，深入探究鸡产蛋杂种优势的分子机制迫在眉睫。

为了揭开这一神秘面纱，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们以白来航鸡（White Leghorn chicken）和北京油鸡（Beijing You chicken）为实验动物，构建了 4 个 F₁代鸡群体，分别为 2 个亲本系（WW 和 YY）和 2 个杂交系（WY 和 YW） 。研究人员对这些鸡从初产蛋到 100 周龄的产蛋情况进行持续监测，计算杂种优势；并在 5 个具有代表性的产蛋阶段采集卵巢样本，进行转录组测序分析。最终，研究人员发现细胞周期通路相关基因的优势表达对鸡产蛋杂种优势具有重要贡献。这一研究成果发表在《Journal of Animal Science and Biotechnology》上，为鸡的育种工作提供了关键的理论依据，有助于推动蛋鸡产业的发展。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，通过构建特定的鸡杂交群体，获取不同遗传背景的实验样本。然后，对实验鸡从初产蛋到 100 周龄进行持续表型测量，计算产蛋杂种优势。接着，采集 5 个产蛋阶段的卵巢样本，进行 Ribo-minus 链特异性 RNA 测序，获取转录组数据。之后，利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建基因共表达模块，结合功能注释分析等手段，挖掘与产蛋杂种优势相关的基因和通路。

研究结果如下：

1. 鸡杂交后代产蛋的显著杂种优势：白来航鸡和北京油鸡的杂交后代（WY 和 YW）在整个产蛋期都表现出显著的杂种优势。相较于中亲值（MPV），杂交鸡初产蛋时间更早，产蛋数量更多。在不同产蛋阶段，杂种优势有所波动，如在产蛋高峰期后杂种优势有所下降，而在延长产蛋期又有所上升。通过对卵巢组织进行转录组测序和主成分分析（PCA）发现，不同产蛋阶段的转录组存在差异，且纯种和杂交种之间具有高度保守的转录特征。
2. 与产蛋相关的基因调控网络：运用 WGCNA 分析，研究人员为每个遗传群体构建了基因共表达网络，并确定了与产蛋数（EN）等性状相关的模块。不同遗传群体中，基因与性状的相关性存在差异，且不同遗传群体的 EN 相关模块基因在 KEGG 通路富集分析中，既有共同的通路如核糖体和氧化磷酸化，也有各自特有的通路。这表明不同遗传群体在产蛋相关的生物学过程和通路方面存在差异，而这些共同的网络可能是产蛋杂种优势形成的潜在调节因素。
3. 杂交种和纯种间高度保守的基因调控网络：通过 100 次置换检验评估基因共表达网络的保守性，发现杂交种和纯种之间的基因调控网络高度保守。将一个群体的转录组数据集投影到其他群体的网络中，多数模块都能得到强保留或至少弱保留。这一结果与之前观察到的转录组高度相关的特征相符，也为进一步研究杂种优势的分子机制奠定了基础。
4. 杂交种和纯种间的共识基因调控网络及其表达模式：分析保守基因调控网络的模式，构建了不同遗传群体间的共识基因共表达网络，确定了多个共识模块（CMs）。CMs 与之前检测到的基因模块存在关联，且不同遗传群体中 CMs 的表达模式存在差异。KEGG 通路分析显示，不同 CMs 中的基因富集在不同的通路中，且这些通路在不同产蛋阶段的表达也有所变化。这表明不同通路中的基因动态表达和相互作用与杂交种的产蛋杂种优势相关。
5. 杂交种中保守生物学通路的优势基因表达：筛选出保守基因共表达网络中的枢纽基因，功能富集分析发现这些枢纽基因在细胞周期、DNA 损伤应答等生物学过程和相关通路中显著富集。对细胞周期通路相关枢纽基因的表达模式分析发现，它们在不同产蛋阶段呈现出互补的优势表达模式。例如在产蛋前期，杂交鸡更多地继承了某一亲本的高表达模式，而在持续产蛋期则切换为另一亲本的低表达模式，这种动态变化有助于维持卵巢功能，从而促进产蛋杂种优势。

研究结论和讨论部分指出，本研究首次发现参与细胞周期的调控基因的互补优势表达有助于鸡产蛋杂种优势的形成。这一发现为杂种优势的主导模型在育种实践中的应用提供了重要的理论基础。此外，研究中确定的基因共表达网络和候选基因，如 MAD2L1、CHEK2 和 E2F1 等，将加速未来对产蛋及其杂种优势调控机制的研究。然而，本研究也存在一定的局限性，如候选基因影响产蛋杂种优势的精确机制仍有待进一步研究，需要在不同鸡品种间开展更多实验进行验证。尽管如此，该研究成果仍为鸡的育种工作提供了新的思路和方向，有望推动蛋鸡产业朝着更高效的方向发展。