基于WGCNA整合转录组与代谢组揭示靖远鸡发育过程中肉质关键调控因子

本研究针对靖远鸡不同发育阶段肉质动态变化的分子机制不明问题，通过整合转录组与代谢组数据，采用WGCNA分析方法，系统鉴定了与肉质性状显著相关的基因模块和代谢通路，筛选出8个关键基因（SNORD14、IL7、HACD4、BFSP1、BCL6、FAM13A、ANKRD2、AGXT2）和5个关键代谢物（p-Cresol sulfate、2-Piperidinone、4-Hydroxyquinoline、Succinic acid、Dihydroxyacetone phosphate），揭示了PI3K-Akt、MAPK、AMPK等信号通路及氨基酸代谢、脂肪酸代谢等生物学过程在肉质形成中的调控作用，为家禽肉质遗传改良提供了重要分子靶标。

鸡肉因其高蛋白、低脂肪和低胆固醇的营养优势而受到全球广泛欢迎。随着肉鸡育种技术的显著进步，全球鸡肉产量和消费量逐年增长，肉鸡生产性能不断提高，体重和饲料转化效率取得显著进展。然而，家禽肉质性状随年龄变化的动态规律和调控机制仍是需要深入探索的关键领域。当前研究主要集中在特定发育阶段的肉质评估，缺乏对不同年龄阶段肉质动态变化的系统解析。

靖远鸡生活在黄土高原寒冷干燥的环境中，其独特的生态环境和饲养方式塑造了它们耐寒耐旱、抗病力强、肉质坚实、风味独特和营养价值高的优良特性。但随着现代农业的发展，品种改良和商业育种的需求日益增长，靖远鸡的种质资源面临严重压力。近年来，为追求短期经济效益，一些养殖户大量引进外来商业鸡种并与靖远鸡无序杂交，导致其种质资源严重退化，优良特性逐渐丧失，显著增加了该品种濒危的风险。作为被列入《中国禽类种质资源目录》的珍贵地方品种，靖远鸡种质资源的保护和研究对维持中国禽类遗传多样性至关重要。

本研究选取42日龄、126日龄和180日龄靖远鸡作为主要观察阶段，这些阶段具有重要的生物学意义。42日龄标志着靖远鸡快速生长期的开始，此时肌肉组织生长发育处于快速增殖阶段；126日龄是性成熟前期，此时靖远鸡肌肉生长逐渐减缓，脂肪沉积开始出现，肌纤维结构趋于稳定；180日龄时鸡只达到上市阶段，骨骼、肌肉和脂肪组织的发育接近完成，肉质达到最终稳定状态。

研究人员通过测量生长性能、屠宰性能和肉质指标，结合转录组和代谢组数据，采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）方法，系统研究了靖远鸡在不同发育阶段的肉质形成机制。研究还进行了功能富集分析、关键基因和代谢物筛选以及相关性分析，以揭示调控肉质的关键分子网络。

主要技术方法包括：从宁夏彭阳县靖远鸡国家保种场获得300只母鸡样本；按照NY/T 828-2004标准测量生长性能和屠宰性能；使用凯氏定氮法测定粗蛋白含量，直接干燥法测定水分含量，马弗炉灼烧法测定粗灰分含量；利用Illumina Novaseq? 6000平台进行转录组测序，使用HISAT2软件进行序列比对；通过HPLC-HRMS技术进行代谢组学分析；采用WGCNA方法构建基因和代谢物共表达网络；使用Cluster Profiler工具进行GO和KEGG富集分析。

研究结果显示，在生长性能方面，126日龄和180日龄靖远鸡的体重、斜长、龙骨长、胸围、胸深、胸宽、胸角、胫长、胫围和骨盆宽均显著高于42日龄鸡（P < 0.01）。屠宰性能方面，126日龄和180日龄鸡的活重、屠体重、半净膛重、全净膛重、胸肌重、腿肌重、胸肌率和腿肌率显著高于42日龄鸡（P < 0.05），但42日龄鸡的屠宰率和半净膛率显著更高（P < 0.05）。肉质分析表明，随着日龄增加，胸肌的粗蛋白、滴水损失和粗灰分含量显著上升（P < 0.05），而水分含量显著下降（P < 0.01）。

通过WGCNA分析，研究人员发现在42日和126日龄组中，绿黄模块和蓝色模块与肉质指标显著正相关（P < 0.01），其枢纽基因显著富集于PI3K-Akt信号通路、糖酵解/糖异生、脂肪酸代谢和氨基酸生物合成途径。在42日和180日龄组中，粉红色模块和棕色模块与肉质指标正相关（P < 0.01），枢纽基因富集于MAPK信号通路、AMPK信号通路和FoxO信号通路。在126日和180日龄组中，洋红色模块与肉质指标正相关（P < 0.01），枢纽基因富集于MAPK信号通路、Wnt信号通路、谷胱甘肽代谢和GnRH信号通路。

代谢组数据分析显示，在42日和126日龄组中，深灰色、钢蓝色、赭石色3和蓝色模块与肉质指标显著正相关（P < 0.05），其特征代谢物显著富集于组氨酸代谢、初级胆汁酸生物合成和胆汁分泌途径。在42日和180日龄组中，洋红色和青色模块与肉质指标高度正相关（P < 0.05），代谢物富集于鞘脂代谢、维生素B₆代谢、产热作用和嘌呤代谢。在126日和180日龄组中，青色模块与肉质指标高度显著正相关（P < 0.05），特征代谢物富集于氧化磷酸化、烟酸和烟酰胺代谢、维生素消化吸收以及AMPK信号通路。

最终，研究人员筛选出8个与肉质密切相关的关键基因（SNORD14、IL7、HACD4、BFSP1、BCL6、FAM13A、ANKRD2和AGXT2）和5个关键代谢物（p-甲酚硫酸盐、2-哌啶酮、4-羟基喹啉、琥珀酸和磷酸二羟丙酮）。这些关键调控因子在肉质形成过程中发挥重要作用，其中AGXT2和琥珀酸共同富集于丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径，BCL6和IL7富集于FoxO信号通路，HACD4富集于脂肪酸代谢途径，琥珀酸和磷酸二羟丙酮富集于丙酸代谢、烟酸和烟酰胺代谢、碳代谢、次级代谢产物生物合成和抗生素生物合成途径。

研究结论表明，通过整合转录组和代谢组数据，采用WGCNA方法，揭示了靖远鸡在不同生长阶段肉质调控的关键机制。多个基因模块与肉质指标显著相关，涉及PI3K-Akt信号通路、糖酵解/糖异生、谷胱甘肽代谢和FoxO信号通路等重要途径。代谢组数据分析发现不同生长阶段代谢物差异富集于组氨酸代谢、初级胆汁酸生物合成和维生素B₆代谢途径。鉴定的8个关键基因和5个关键代谢物为未来育种中改善肉质提供了潜在靶标。

这项研究的重要意义在于首次系统解析了靖远鸡在不同发育阶段的肉质形成分子机制，为地方鸡种质资源保护和利用提供了科学依据，为家禽肉质遗传改良提供了新的分子靶点和策略，对促进优质鸡产业发展具有重要价值。研究成果发表在《Postharvest Biology and Technology》期刊上，为肉类科学研究领域提供了重要参考。