《Poultry Science》：Integrated transcriptomic and metabolomic analyses reveal hepatic regulatory mechanisms of residual feed intake during the late growth stage of slow-growing yellow-feathered broilers
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本研究旨在通过整合转录组与代谢组分析，解析慢速型黄羽肉鸡后期生长阶段与剩余采食量（residual feed intake, RFI）相关的肝脏分子特征。研究人员对478只单笼饲养的琅琊鸡公鸡（96至133日龄）进行了RFI测定。饲喂试验结束后，按RFI值升序
本研究旨在通过整合转录组与代谢组分析，解析慢速型黄羽肉鸡后期生长阶段与剩余采食量（residual feed intake, RFI）相关的肝脏分子特征。研究人员对478只单笼饲养的琅琊鸡公鸡（96至133日龄）进行了RFI测定。饲喂试验结束后，按RFI值升序排列，以群体平均RFI为分界值将鸡只分为低RFI（LRFI）和高RFI（HRFI）亚群，并从每个亚群随机选取8只健康鸡构成LRFI组和HRFI组（每组n=8）。于133日龄屠宰并采集组织后，开展肝脏转录组及基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）的非靶向代谢组分析。对差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）和差异丰度代谢物（differentially abundant metabolites, DAMs）进行富集分析与相关性分析。与HRFI鸡相比，LRFI鸡采食量（feed intake, FI）更低，而净膛率和胸肌率更高，腹脂率和肌间脂肪宽更低，但两组间体增重（body weight gain, BWG）和代谢体重无显著差异。肝脏分析共鉴定出850个DEGs和282个DAMs。整合京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析确定了15条在两个数据集中均显著富集的通路。其中与氨基酸代谢相关的共享通路共同指向芳香族氨基酸（aromatic amino acid, AAA）相关代谢，包括氨基酸生物合成、苯丙氨酸代谢、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成以及色氨酸代谢。共有16个DEGs和29个DAMs映射至这些通路，并表现出广泛而显著的相关性。其中，IL4I1、AFMID、ASS1、PHGDH、MAOB、IDO2、HAAO和PAH被鉴定为与RFI相关的候选基因。上述结果揭示了慢速型黄羽肉鸡后期生长阶段与RFI相关的肝脏分子特征，表明肝脏AAA相关代谢可能在慢速型黄羽肉鸡后期生长阶段RFI分化中发挥潜在作用。所鉴定的AAA代谢相关通路为深入研究其在RFI和饲料效率中的作用提供了聚焦的候选基因、代谢物和通路集合，并为慢速型肉鸡的分子育种和品种资源保护提供了理论基础。
一、研究背景与科学问题
慢速型黄羽肉鸡生长速度低于商业化肉鸡品种，但通常具有优良的肉质特性，包括丰富的肌间脂肪、细嫩的肌纤维和浓郁的风味物质，因而深受消费者青睐。剩余采食量（residual feed intake, RFI）是一个信息量丰富的饲料效率（feed efficiency, FE）性状，能够在独立于生长速度和体重（body weight, BW）的情况下筛选出饲料利用效率高的个体，因此被广泛用作肉鸡选育的重要指标。RFI在慢速型肉鸡中的遗传力一般为0.08至0.41，其分子机制受神经信号、激素调控、线粒体效率和代谢通路等多因素影响。肝脏作为调控碳水化合物、蛋白质和脂质代谢以及动物生长发育的中枢代谢器官，其代谢差异可能是个体间RFI变异的重要来源。然而，慢速型肉鸡后期生长阶段RFI的遗传调控机制尚不明确，严重制约了优质地方鸡品种的定向选育。后期生长阶段是肉鸡达到上市日龄前的关键时期，在该阶段加强对RFI的选育可显著提升生产性能和经济效益。
二、研究内容与主要结论
研究人员从478只琅琊鸡公鸡群体中，在后期生长阶段（96至133日龄）筛选出RFI值分化的个体，包括8只高RFI（HRFI）和8只低RFI（LRFI）鸡，屠宰后采集肝脏，进行整合转录组与代谢组分析。结果表明，LRFI鸡的采食量显著低于HRFI鸡，而代谢体重和体增重在两组间无显著差异；LRFI鸡的净膛率和胸肌率显著更高，腹脂率和肌间脂肪宽显著更低，呈现"多肌肉、少脂肪"的体组成特征。研究共鉴定出850个差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）和282个差异丰度代谢物（differentially abundant metabolites, DAMs）。整合京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析确定了15条在两个数据集中均显著富集的共享通路，其中4条与氨基酸代谢相关，共同指向芳香族氨基酸（aromatic amino acid, AAA）代谢，包括氨基酸生物合成、苯丙氨酸代谢、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成以及色氨酸代谢。16个DEGs和29个DAMs映射至这些通路，其中IL4I1、AFMID、ASS1、PHGDH、MAOB、IDO2、HAAO和PAH被鉴定为与RFI相关的候选基因。研究结果表明，肝脏AAA相关代谢可能在慢速型黄羽肉鸡后期生长阶段RFI分化中发挥潜在作用，为分子育种和品种资源保护提供了理论基础。
三、主要技术方法
研究使用了以下关键技术方法：（1）RFI表型测定：对478只单笼饲养的琅琊鸡公鸡（源自75只父系和153只母系的家系后代）在96至133日龄进行37天RFI测定，以群体平均RFI为分界值划分LRFI和HRFI亚群，各随机选取8只健康鸡用于后续分析；（2）肝脏转录组分析：提取16个肝脏样本总RNA，构建链特异性cDNA文库，在Illumina NovaSeq 6000平台进行双端150 bp测序，比对至鸡参考基因组GRCg7b，以∣log?FC∣≥1且Q<0.05为标准鉴定DEGs，并采用常规KEGG富集分析和基因集富集分析（gene set enrichment analysis, GSEA）；（3）基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）的非靶向代谢组分析：采用TripleTOF 5600 Plus高分辨质谱仪联用ExionLC超高效液相色谱系统，在正负离子模式下采集数据，以P≤0.05、VIP>1.0且FC≥1.2或≤1/1.2为标准鉴定DAMs，并进行代谢物集富集分析（metabolite set enrichment analysis, MSEA）；（4）整合分析：将DEGs和DAMs的常规KEGG富集结果整合，提取映射至关键共享通路的分子并进行Pearson相关性分析。
四、研究结果
群体生长特征：琅琊鸡公鸡群体从1日龄至24周龄的平均体重由35.10 g增至1826.52 g，变异系数介于5.37%至9.99%之间。von Bertalanffy模型对生长曲线拟合极佳（R2=0.999），平均日增重在8至10周龄达到峰值18.90 g/天，此后总体下降，22至24周龄降至4.70 g/天。
LRFI与HRFI鸡的表型特征：96至133日龄期间，两组间采食量和RFI差异显著（P<0.01），而代谢体重和体增重无显著差异。LRFI组净膛率和胸肌率显著更高（P≤0.05），腹脂率和肌间脂肪宽显著更低（P≤0.05），其余屠宰性状无显著差异。
DEGs鉴定与KEGG通路分析：16个肝脏样本RNA测序平均产生3986万条clean reads和5.98 Gb clean bases，比对率介于83.72%至87.87%。共鉴定出850个DEGs，其中LRFI组相对HRFI组上调450个、下调400个。常规KEGG富集分析确定60条显著富集通路，其中30条与代谢相关，包括苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢、色氨酸代谢以及甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢。GSEA进一步显示LRFI组在氨基酸代谢相关通路中呈正向富集趋势。
qRT-PCR验证：随机选取5个DEGs（THRSP、ADH6、GLDC、GPT2、FGB）进行定量实时PCR验证，所有基因的表达趋势与RNA-seq数据一致，证实了转录组分析结果的可靠性。
DAMs鉴定与KEGG通路分析：代谢组分析检测到15384个峰，其中7633个和742个分别注释为初级和次级代谢物。偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis, PLS-DA）显示LRFI与HRFI组间分离清晰（R2Y=0.98，Q2=0.83）。共鉴定出282个DAMs，其中LRFI组相对HRFI组167个丰度升高、115个丰度降低。常规KEGG富集分析确定69条显著富集通路，包括苯丙氨酸代谢、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成、色氨酸代谢等。MSEA显示LRFI组在氨酰-tRNA生物合成、D-氨基酸代谢和2-氧代羧酸代谢中呈正向富集。
DEGs与DAMs整合分析：整合比较确定15条在两个数据集中均显著富集的通路，其中4条与氨基酸代谢相关并共同指向AAA代谢。16个DEGs和29个DAMs映射至这4条通路，Pearson相关性分析揭示了两者间广泛而显著的关联。代表性DEGs包括IL4I1、AFMID、ASS1、PHGDH、MAOB、IDO2、HAAO和PAH，代表性DAMs包括2-苯乙酰胺、L-酪氨酸、L-色氨酸、吲哚酚、琥珀酸、2-香豆酸、吲哚和D-核糖-5-磷酸。
五、讨论与结论
讨论部分指出，LRFI鸡"多肌肉、少脂肪"的体组成特征在饲料效率分化的畜禽中已被广泛报道。跨物种证据支持氨基酸代谢在饲料效率调控中的潜在重要性。芳香族氨基酸不仅作为蛋白质合成底物，还作为多种生物活性代谢物的前体，参与神经内分泌信号、氧化还原调控、免疫应答和宿主-微生物互作。研究还系统比较了不同生长阶段和不同组织中RFI相关组学研究结果，发现早期和中后期生长阶段的分子信号主要涉及能量代谢、免疫调控、生长发育和脂质代谢等，而本研究在后期生长阶段（96至133日龄）整合肝脏转录组和代谢组分析，一致性地突出了芳香族氨基酸相关通路，提示RFI调控具有阶段和组织依赖性。
结论部分指出，在肉鸡后期生长阶段，琅琊鸡公鸡较低的RFI伴随较低的采食量、较高的净膛率和胸肌率以及较低的腹脂率和肌间脂肪宽，而体增重和代谢体重在LRFI与HRFI组间无显著差异。整合肝脏组学分析鉴定出850个DEGs和282个DAMs。共享富集分析突出了4条氨基酸相关通路，共同指向AAA相关代谢。16个DEGs和29个DAMs映射至这些通路，其中IL4I1、AFMID、ASS1、PHGDH、MAOB、IDO2、HAAO和PAH被鉴定为与RFI相关的候选基因。这些结果表明，肝脏AAA相关代谢可能在慢速型黄羽肉鸡后期生长阶段的RFI分化中发挥潜在作用，为深入研究RFI和饲料效率的调控机制提供了聚焦的候选基因、代谢物和通路集合，并为慢速型肉鸡的分子育种和品种资源保护提供了理论基础。
