《Poultry Science》：Multi?omics integration identifies key microbial taxa, metabolites, and genes associated with intramuscular fat deposition in Danzhou chickens
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消费者对高品质禽肉的需求日益受到嫩度、多汁性和风味等感官品质的驱动，而这些性状与肌内脂肪（intramuscular fat, IMF）水平密切相关。在鸡中，适量的IMF沉积具有重要的经济价值，因为它直接影响肉品的适口性。然而，IMF含量受遗传因素、营养和肠道
消费者对高品质禽肉的需求日益受到嫩度、多汁性和风味等感官品质的驱动，而这些性状与肌内脂肪（intramuscular fat, IMF）水平密切相关。在鸡中，适量的IMF沉积具有重要的经济价值，因为它直接影响肉品的适口性。然而，IMF含量受遗传因素、营养和肠道微生物组之间相互作用的影响，其调控基础仍未得到充分理解，尤其是在具有独特遗传特征的地方品种中。近年来，越来越多的证据表明肠道微生物群参与调节宿主脂质稳态，从而引起了相当大的研究关注。盲肠微生物发酵不可消化碳水化合物产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs），这些SCFAs通过肠上皮被吸收，并调节脂质合成与降解之间的平衡。在肉鸡中，高脂日粮与盲肠厚壁菌门（Firmicutes）丰度增加以及腹部脂肪和肝脏甘油三酯含量升高相关。此外，脂肪酸（fatty acids, FAs）对肉品质和营养价值至关重要；它们通过改变膜流动性和肌纤维结构改善嫩度，并通过调节持水力增强多汁性。然而，大多数关于禽类脂肪代谢的研究集中在腹部脂肪和肝脏脂肪上，而肠道微生物群通过其代谢物影响肌肉脂肪酸组成和IMF沉积的方式在很大程度上仍未得到探索。高通量测序和质谱技术的快速发展使多组学整合分析成为探索复杂性状遗传和代谢结构的强大方法。例如，一项多组学研究鉴定了一个新的Z染色体基因（ENSGALG00010010675），该基因通过调节盲肠Muribaculaceae丰度并改变没食子酸和山梨醇-6-磷酸等关键代谢物水平来促进脂肪沉积。此外，另一项使用高脂日粮模型的多组学研究揭示了琥珀酸驱动的“肠-脂肪轴”，该轴通过巨噬细胞依赖性炎性脂肪生成介导肉鸡腹部脂肪沉积。总之，这些发现凸显了多组学整合作为解析家禽脂肪沉积途径的强大策略的价值。在本研究中，研究人员选取了位于中国海南省的高品质地方鸡品种——丹州鸡作为实验对象。采用极端表型分组策略，选择胸肌IMF含量低（LIMF，n=20）和高（HIMF，n=20）的个体。该研究整合了盲肠内容物16S rRNA基因测序、血清非靶向代谢组学和胸肌转录组测序（RNA-Seq）。研究目的是比较HIMF和LIMF丹州鸡之间盲肠微生物群的组成差异，并鉴定与IMF沉积相关的关键微生物群，以及筛选差异血清代谢物并探讨它们与微生物群-肌肉关系的潜在关联。这些发现可能为通过微生物干预改善地方鸡品种的肉品质提供理论基础。
多组学整合揭示丹州鸡肌内脂肪沉积的关键微生物、代谢物与基因调控机制
一、研究背景与科学问题
消费者对高品质禽肉的需求日益增长，肉品的嫩度、多汁性和风味等感官品质与肌内脂肪（IMF）含量密切相关。在鸡中，适量的IMF沉积直接影响肉的适口性，具有重要的经济价值。然而，IMF含量受遗传因素、营养和肠道微生物组之间复杂相互作用的影响，其调控基础在具有独特遗传特征的地方品种中仍未得到充分阐明。
近年来，研究表明肠道微生物群在宿主脂质稳态调节中发挥重要作用。盲肠微生物通过发酵不可消化碳水化合物产生短链脂肪酸（SCFAs），这些代谢物被肠上皮吸收后调节脂质合成与降解的平衡。然而，以往对禽类脂肪代谢的研究多集中于腹部脂肪和肝脏脂肪，肠道微生物群如何通过其代谢产物影响肌肉脂肪酸组成和IMF沉积仍是一个尚未充分探索的领域。高通量测序和质谱技术的进步使多组学整合分析成为解析复杂性状遗传和代谢结构的有效手段，已有研究利用该方法鉴定了家禽脂肪沉积相关的关键基因和代谢通路。
二、研究目的与设计
研究人员以中国海南省高品质地方鸡品种丹州鸡为研究对象，采用极端表型分组策略，根据胸肌IMF含量将180日龄健康母鸡分为HIMF组（IMF含量2.57%±0.36%，n=20）和LIMF组（IMF含量1.68%±0.29%，n=20）。研究整合了盲肠内容物16S rRNA基因测序、血清非靶向代谢组学（UHPLC-MS/MS）和胸肌转录组测序（RNA-Seq），旨在于比较两组间盲肠微生物群组成差异，筛选与IMF沉积相关的关键微生物类群和血清差异代谢物，并通过多组学关联分析揭示微生物-代谢物-基因之间的调控网络。本研究的核心发现在于：高IMF沉积伴随系统性脂质转运增强、盲肠特定微生物富集以及胸肌脂质代谢和炎症相关基因的协同上调，为通过微生物干预改善地方鸡品种肉品质提供了候选靶点。
三、主要技术方法
本研究样本来源于海南瑞健生态养殖有限公司（海口）的200只180日龄健康丹州母鸡，从中选取40只极端表型个体（每组20只）。主要技术方法包括：（1）表型测定：采用索氏提取法测定IMF含量，油红O染色评估肌内脂滴面积，气相色谱法分析脂肪酸组成，并测定血清生化参数（TC、TG、FFA、GLU、LDL-C、HDL-C）；（2）16S rRNA基因V3-V4区高通量测序：分析盲肠微生物群落组成、α/β多样性及差异菌群；（3）血清非靶向代谢组学：基于UHPLC-MS/MS技术鉴定差异代谢物（DEMs）并进行KEGG通路富集分析；（4）胸肌转录组测序：利用HISAT2比对、DESeq2筛选差异表达基因（DEGs），并进行GO和KEGG功能富集分析及基因集富集分析（GSEA）；（5）RT-qPCR验证：对随机选取的9个DEGs及肠道脂质代谢、脂肪酸吸收相关基因进行表达验证；（6）多组学整合分析：采用Spearman秩相关分析构建微生物-代谢物-基因-表型关联网络。
四、主要研究结果
（一）丹州鸡屠宰性能与肉品质
HIMF组IMF含量显著高于LIMF组（P<0.001），腹部脂肪百分比呈升高趋势（P=0.069），而两组间体重、屠体率、胸肌率等屠宰性状无显著差异。HIMF组剪切力显著低于LIMF组（P=0.002），表明IMF沉积增加可改善肉品嫩度且不损害整体生长性能。
（二）胸肌脂肪浸润与血清生化
油红O染色显示HIMF组肌内脂滴面积百分比显著增加（P<0.05）。HIMF组血清FFA、TG、LDL-C和GLU水平显著升高（P<0.05），而HDL-C水平显著降低（P<0.05），表明高IMF个体存在系统性脂质动员和转运增强。
（三）胸肌肉脂肪酸谱
HIMF组胸肌总脂肪酸、饱和脂肪酸（SFA）和单不饱和脂肪酸（MUFA）含量显著升高（P<0.05），其中棕榈酸（C16:0）、肉豆蔻酸（C14:0）、油酸（C18:1）、二十碳烯酸（C20:1）和棕榈油酸（C16:1）显著增加（P<0.05）；α-亚麻酸（C18:3 n-3）显著升高；多不饱和脂肪酸（PUFA）和ω-3 PUFA呈升高趋势。
（四）丹州鸡盲肠微生物组成差异
两组间α多样性指数（Chao1、Simpson、Shannon）无显著差异，但PCoA显示β多样性呈分离趋势。HIMF组Firmicutes/Bacteroidota（F/B）比值显著升高（P<0.05）。LEfSe分析显示，HIMF组显著富集p__Bacillota、c__Clostridia、g__Megamonas、f__Selenomonadaceae、g__Fournierella和g__Butyricicoccus；LIMF组富集p__Bacteroidota、c__Bacteroidia、o__Bacteroidales、f__Rikenellaceae、g__Paraprevotella和g__Frisingicoccus。
（五）血清代谢组学分析
OPLS-DA模型显示两组血清代谢物谱明显分离。共鉴定出2,505种代谢物，其中72种在LIMF组升高，110种在HIMF组升高。差异代谢物主要富集于能量代谢、碳水化合物代谢、氨基酸代谢和脂质相关代谢通路。HIMF组显著富集琥珀酸、3-甲基-2-氧代丁酸、2-羟基己酸、（4E）-2-氧代己烯酸、棕榈酰胺、11-脱氢血栓烷B2、胆固醇硫酸酯等代谢物。
（六）胸肌RNA-Seq分析
共鉴定出397个差异表达基因，其中336个在HIMF组上调，61个在LIMF组上调。GO富集分析显示HIMF组显著富集G蛋白偶联受体信号传导、氧化应激反应和免疫应答等生物学过程。KEGG分析显示DEGs显著富集于类固醇激素生物合成、酪氨酸代谢、MAPK信号通路、维甲酸代谢等通路。GSEA分析显示HIMF组脂肪酸延伸通路富集（NES=1.68，P=0.0083）。关键基因包括VNN1、HSD17B12、ELOVL2、ELOVL5、ELOVL7、PPARG、ANGPTL4、SOCS1、SOCS3等。
（七）代谢组与转录组整合分析
联合富集分析显示两组学共同富集于类固醇激素生物合成、缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸降解以及烟酸和烟酰胺代谢等脂质代谢通路，iPath可视化提示能量代谢和氨基酸代谢占据核心位置。
（八）肠道基因表达
HIMF组空肠ACC、PPARα和PPARβ mRNA表达显著升高，回肠ACC和PPARβ显著升高。脂肪酸吸收相关基因CD36、FASN、FABP1和FABP4在空肠和回肠均显著上调，表明HIMF鸡肠道脂质合成和吸收能力增强。
（九）多组学与表型性状的相关性分析
p__Bacillota、c__Clostridia和s__unclassified_Megamonas与IMF含量显著正相关（P<0.05）。HIMF组富集的微生物与2-羟基己酸、（4E）-2-氧代己烯酸和棕榈酰胺等代谢物显著正相关，琥珀酸与LIMF组富集的g__Frisingicoccus显著负相关。琥珀酸、（4E）-2-氧代己烯酸和棕榈酰胺均与VNN1和HSD17B12显著正相关（P<0.05），提示这两个基因可能是连接代谢信号与IMF沉积的共同关键基因。
五、讨论与结论
讨论部分指出，HIMF组在生长性能不受影响的前提下表现出更优的肉品质，说明通过育种策略在维持生长性能的同时改善肉品质具有可行性。血清GLU、LDL-C、TG和FFA升高以及HDL-C降低反映了系统性脂质动员增强，为肌肉脂质沉积提供了循环底物。HIMF组F/B比值升高可能通过促进SCFAs产生和调节胆汁酸代谢增强能量获取能力，从而促进IMF沉积。琥珀酸、棕榈酰胺和（4E）-2-氧代己烯酸等代谢物可能分别通过SUCNR1/PI3K/HIF-1α通路、PPARα激活以及PPARα/PPARγ双激动作用参与脂质代谢调控。肠道中脂肪酸摄取和合成相关基因的协同上调为肌肉脂质沉积提供了肠道水平的支持。结论：高IMF沉积伴随系统性脂质转运、盲肠微生物组成和胸肌基因表达的协调变化；p__Bacillota、c__Clostridia和s__unclassified_Megamonas的富集以及琥珀酸、（4E）-2-氧代己烯酸和棕榈酰胺水平升高与VNN1和HSD17B12表达及IMF含量增加相关。该研究为通过微生物和代谢物靶点改善地方鸡品种肉品质提供了候选分子靶标，但微生物-代谢物-基因之间的因果关系仍需通过功能验证实验加以确证。
