《Poultry Science》：Integrated Proteomic and Metabolomic Analyses Reveal Testicular Metabolic Mechanisms Underlying Sperm Quality in Drakes
编辑推荐：
本研究针对公鸭精子质量差异的分子机制不明确问题，通过整合蛋白质组学和代谢组学技术，系统分析了高/低精子质量公鸭睾丸组织的差异表达蛋白（DEPs）和代谢物（DEMPs）。研究发现153个DEPs和98个DEMPs主要富集于氧化磷酸化、脂肪酸降解等关键通路，首次揭示肉碱介导的脂代谢平衡和ATP6V0C等氧化磷酸化核心蛋白调控的ATP高效生产是影响精子运动能力的关键机制。该研究为禽类雄性生殖力遗传改良提供了新靶点，对优化家禽育种策略具有重要意义。
在现代化家禽养殖业中，人工授精技术的应用极大提高了育种效率，而公禽的精子质量直接决定着受精率、孵化率和后代健康。然而与哺乳动物相比，禽类特别是公鸭的生殖生理存在显著差异——其精液量较大但精子浓度较低，这种独特的生理特性使得传统基于鸡精子的研究成果难以直接应用。更关键的是，目前对影响公鸭精子质量的睾丸组织分子机制认知仍存在大量空白，这严重制约了人工授精技术的优化和育种程序的改进。
为破解这一难题，发表于《Poultry Science》的研究首次采用整合蛋白质组学和代谢组学的方法，对高/低精子质量公鸭的睾丸组织进行系统分析。研究人员从160只35周龄金定公鸭中筛选出精子质量参数差异最显著的12个个体（6高6低），通过计算机辅助精子分析（CASA）系统精确评估精子活力和运动参数等12项指标。随后采用超深度定量蛋白质组学和超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）技术，结合数据库检索和生物信息学分析，全面解析睾丸组织中的差异表达蛋白（DEPs）和代谢物（DEMPs）。
关键技术方法包括：通过Label-free定量蛋白质组学检测睾丸组织蛋白表达，利用UPLC-MS/MS进行代谢物鉴定，采用主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）进行多变量统计分析，通过基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析揭示生物学功能，并开展九象限分析探究蛋白与代谢物的关联性。
质量公鸭精子
研究发现高精子质量组（G_H）在精子活力（97.62% vs 69.32%）、活率（99.39% vs 81.71%）及运动参数（VCL、VAP、ALH等）均显著优于低质量组（G_L），而睾丸体积也显著更大（230.76 vs 130.53 cm3），表明睾丸发育状态与精子质量密切相关。
鉴定和比较G_H和G_L组睾丸组织中的DEPs和DEMPs
蛋白质组学分析鉴定出153个DEPs（65个上调，88个下调），代谢组学发现98个DEMPs（15个上调，83个下调）。值得注意的是，DEMPs中肉碱类物质占比达25.51%（25/30），且全部下调表达。这些差异分子在PCA分析中能明显区分两组样本。
G_L和G_H组睾丸特征性DEPs和DEMPs的功能富集分析
GO分析显示DEPs主要富集于细胞解剖实体、代谢过程等条目。KEGG分析发现DEPs显著富集于氧化磷酸化等代谢通路，其中ATP6V0C、SDHD等氧化磷酸化核心蛋白表达差异显著。DEMPs则主要富集于脂肪酸降解、甘油磷脂代谢等脂质代谢通路，其中肉碱类物质的下调尤为突出。
DEPs与DEMPs关联性的九象限分析
九象限分析揭示了蛋白与代谢物之间的协同调控关系。第3、7象限中麦芽糖醇与RAB11FIP1等蛋白同步上调，7-酮胆固醇与多个蛋白同步下调，显示这些分子可能共同参与精子质量调控。
蛋白质组学和代谢组学共同富集的KEGG通路
整合分析发现4条共同富集通路：嘌呤代谢、鞘脂代谢、精氨酸和脯氨酸代谢以及2-氧代羧酸代谢。其中嘌呤代谢通路中的5'-腺苷酰硫酸（APS）和LOC101790581蛋白，鞘脂代谢中的鞘氨醇（d18:0）和神经酰胺合酶5（CERS5）等分子可能构成调控网络。
研究结论表明，公鸭精子质量差异主要归因于睾丸组织中的代谢重编程。肉碱类物质的普遍下调影响了脂肪酸的β-氧化过程，导致精子运动能量供应不足；而氧化磷酸化通路关键蛋白（如ATP6V0C、NDUFA4L2、SDHD）的表达差异则直接影响了ATP的高效生成。此外，嘌呤代谢异常可能通过影响能量稳态和诱导DNA损伤间接损害精子功能。
该研究的创新性在于首次从睾丸组织层面系统揭示了公鸭精子质量的代谢调控机制，发现了肉碱代谢平衡和氧化磷酸化效率这两个关键环节。这不仅填补了禽类精子研究的空白，更为家禽育种提供了具体的生物标志物（如特定肉碱种类和氧化磷酸化蛋白）和干预靶点（如脂肪酸降解和嘌呤代谢通路）。未来通过定向选育这些代谢特征优异的种公鸭，或通过日粮添加肉碱等营养调控策略，有望实质性提升家禽繁殖效率，对 poultry breeding 产业的可持续发展具有重要实践价值。
