《animal》：Multi-tissue transcriptome analysis reveals responses to high-fiber high-fat diets in Piétrain progeny with divergent feed intake breeding values
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## 三、摘要翻译
目前，比利时皮特兰（Piétrain）后代主要以谷物型日粮饲养，加剧了食物–饲料竞争。引入富含纤维和脂肪的农业及食品副产物可提供可持续的替代方案，但其生物学后果尚不清楚。通过分析多个组织的基因表达，并考虑与采食量相关的父系遗传背景，研究人
## 三、摘要翻译
目前，比利时皮特兰（Piétrain）后代主要以谷物型日粮饲养，加剧了食物–饲料竞争。引入富含纤维和脂肪的农业及食品副产物可提供可持续的替代方案，但其生物学后果尚不清楚。通过分析多个组织的基因表达，并考虑与采食量相关的父系遗传背景，研究人员识别出参与脂质代谢、纤维利用和免疫应答的基因与通路。这些发现加深了对基因–日粮互作（gene–diet interactions）及猪对日粮应答机制的理解。该知识有望通过结合猪育种与新型饲料开发，推动更可持续的养猪生产。
## 四、论文解读
**研究背景与问题** 养猪生产中依赖谷物型日粮作为能量来源，加剧了食物–饲料竞争（Déru et al., 2020），因而亟需转向猪只能高效利用并转化为肉与粪肥的副产物，以支撑更可持续的生产体系（Van Zanten et al., 2019）。但包括皮特兰、杜洛克、长白和大白在内的多数商业猪种，均是在营养浓度高的谷物型日粮条件下选育而成的，这使这些品种能否适应副产物比例升高的日粮成为问题。高纤维副产物常因降低日粮能量与蛋白质的消化率（Noblet and Le Goff, 2001）、可能损害氨基酸吸收（Blank et al., 2012）而限量使用；Kowalski et al.（2024）报道，饲喂高纤维高脂日粮的皮特兰父系后代养分消化率、日采食量与日增重下降。既往研究亦显示，膳食纤维会降低采食高脂日粮猪的体重增长与肌内脂肪（Yan et al., 2013）。由于副产物通常能量较低（Le Goff and Noblet, 2001），常添加脂肪以满足能量需要（Paternostre et al., 2021）。上述过程最终在基因表达层面受到调控，因此研究组织特异性转录应答对阐明其分子机制十分必要。RNA测序（RNA-Seq）已广泛用于解析与功能性状相关的表达模式，如Vitali et al.（2019）在意大利大白猪背最长肌中鉴定差异表达基因，Fanalli et al.（2023）分析不同脂肪酸来源日粮下肝脏转录组并发现与炎症、免疫及脂肪酸氧化和脂质代谢调控相关的基因与通路。
**研究设计与结论** 本研究采用2 × 2析因设计，以两种采食量估计育种值（estimated breeding value, EBV）不同的皮特兰父系（VPF；Vlaamse Piétrain Fokkerij）与TN70杂交母猪（Topigs Norsvin）的后代为对象，在14至15周龄饲喂对照（CON）日粮或高脂高纤维（HFF）副产物型日粮一周。两父系类型平均在日采食量（DFI）EBV上相差2.4个加性遗传标准差，平均生长EBV相差3.5个、胴体品质EBV相差1.7个，而饲料转化率（FCR）EBV相近（仅差0.31个加性遗传标准差）。每父系类型4头公猪、每头公猪配4头母猪，共192头仔猪，公仔出生时去势，4周龄断奶；9周龄转入育肥舍，14周龄起按随机完全区组设计（批次为区组因子）分至CON或HFF组，自由采食饮水；15周龄每组每栏选1头（共32头，平均活重59.0 kg，SD = 6.4 kg）屠宰，采集下丘脑、肝、胰、十二指肠、空肠、回肠、结肠、盲肠与肌肉，液氮速冻后?80 °C保存。HFF日粮不含谷物与豆粕，以烘焙及饼干粉脂肪和动物脂肪补足纤维所致能量缺口，n–3和n–6多不饱和脂肪酸较高，饱和与单不饱和脂肪酸较低。研究人员据此得出，两种父系后代对日粮转换的应答相似，日粮改变一周即在多组织引起转录水平变化，涉及脂质代谢、纤维利用与免疫应答相关基因和通路，为基因–日粮互作与副产物型饲料利用提供了分子依据。
**关键技术方法** 研究以Kowalski et al.（2024）同一试验的32头皮特兰父系仔猪为样本（VPF × TN70，比利时ILVO试验场，15周龄屠宰取样）；采用QuantSeq 3′ mRNA测序（Lexogen建库，HiSeq4000平台，50 bp与100 bp单端读长，目标深度≥250万reads/样本），FastQC与Trimmomatic质控，HISAT2比对猪参考基因组Sscrofa11.1，featureCounts定量；以DESeq2（设计式～ sire type * diet，|LFC| ≥ 0.5、Benjamini–Hochberg校正p ≤ 0.1）鉴定差异表达基因（DEGs），并以线性模型和Tukey HSD探索性验证互作；用ShinyGO v0.77进行猪基因本体（GO）与KEGG富集分析（FDR ≤ 0.1）。性能性状以R 4.2.3线性模型分析（p < 0.05）。
**研究结果** *Animal performance*：未检出涉及父系类型、日粮或性别的显著互作。14周龄体重受父系类型与性别影响，HFI后代54.3 ± 5.2 kg高于LFI后代49.0 ± 6.0 kg，母猪（49.4 ± 6.6 kg）轻于公猪（53.7 ± 5.1 kg），日粮组间无差异。日采食量受父系类型、日粮与性别影响：HFI后代（2.3 ± 0.35 kg）高于LFI后代（2.0 ± 0.33 kg），HFF组（2.0 ± 0.30 kg）低于CON组（2.2 ± 0.40 kg），公猪（2.3 ± 0.32 kg）高于母猪（1.9 ± 0.34 kg）；日增重与饲料转化率各组间无显著差异。15周龄HFI后代仍较重（61.4 ± 5.16 kg vs. 56.2 ± 6.63 kg），日粮不影响体重（p > 0.768）。
*Descriptive statistics of sequence reads quality metrics*：50 bp文库平均每样本320万条（SD = 0.9百万）clean reads，100 bp文库780万条（SD = 1.9百万）；平均比对率分别为88%和74%，后者较低与GC含量较低（38–39% vs. 42–44%）及3′端质量下降有关；唯一比对reads分别占67% ± 6.30和66% ± 5.51，多定位reads（20% ± 7.00和9% ± 1.74）被弃用。
*Identification of differentially expressed genes*：低浓度样本删除后各组织保留≥4个生物学重复。父系类型×日粮互作检出DEGs：下丘脑18个、肝3个、空肠4个、结肠13个、盲肠1个。父系类型与性别比较在除下丘脑外的各组织均检出DEGs；日粮效应见于下丘脑（20）、肝（3）、胰（1）、十二指肠（11）与空肠（13）。性别效应仅作完整性报告。组织间共享DEGs有限：互作与日粮主效应无跨组织重叠；父系类型效应中MMUT见于十二指肠与结肠，ENSSSCG00000053872见于空肠、盲肠与肌肉，ENSSSCG00000052237见于胰与盲肠，提示沿消化道存在协同代谢调控。肝中互作与主效应重叠2个DEGs（ENSSSCG00000002623、DHRS4），下丘脑有13个（CEMIP、IGF2、MPZL2、COL3A1、FN1、COL1A1、COL1A2、MGP、DCN、SLC5A5、ACTA2、SLC13A4、POSTN），仅在互作背景下讨论。
*Gene ontology terms and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathways impacted by the differentially expressed genes in various tissues*：互作下，下丘脑富集细胞外结构组织（POSTN、COL1A2、COL3A1、COL1A1），肝富集视黄醇代谢过程（DHRS4），空肠富集膜内陷调控（F2RL1），贡献基因在饲喂HFF的LFI后代中表达较高；结肠胶原纤维组织（COL1A2、COL3A1、COL5A2）则在饲喂CON的HFI后代中较高。父系类型比较中，肝富集免疫应答抑制（TNFAIP3、RAB11FIP2、TNFSF14）与CD40信号负调控，回肠经APOA1富集肠道脂质吸收调控（HFI后代），结肠经CCL2富集血管内皮细胞增殖负调控。日粮比较中，肝富集肉碱合成（TMLHE），十二指肠富集组织重塑（GPNMB），空肠富集肠道脂质吸收（LPCAT3、FABP2）；胰中唯一DEG（ENSSSCG00000054645）为无GO注释的新基因。KEGG分析显示：互作下下丘脑细胞外基质–受体互作由COL1A2、FN1、COL1A1驱动（HFF组LFI后代较高），结肠同一通路由COL1A2、COL6A1驱动（CON组HFI后代较高），肝视黄醇代谢（DHRS4）见于HFF组LFI后代而ALDH1A1见于HFF组HFI后代，空肠F2RL1富集TRP通道的炎症介质调控；父系类型下HFI后代肝NF-κB信号受抑（TNFAIP3、TNFSF14）、回肠胆固醇代谢与PPAR信号（APOC3、APOA1）、结肠TNF信号（CCL2、PGAM5）；日粮效应下肝DHRS4、ENTPD5、TMLHE富集代谢通路，十二指肠Rap1信号（PDGFD、PFN2），空肠AMPK信号（LIPE、CPT1A、CREB3L3）。下丘脑部分日粮通路完全由具显著互作的DEGs驱动，故未单独解释。
**讨论与结论** 皮特兰猪因长期选育而极瘦。性能比较证实HFI后代DFI更高而FCR相近，与Kowalski et al.（2024）一致；一周内未见日增重差异，可能因时间过短，而全育肥期存在差异；HFF组DFI较低，父系与日粮无显著互作，说明两类型应对副产物日粮能力相似。下丘脑ECM组织相关胶原基因支持神经元发育与突触分化（Fox et al., 2007），但其与短期日粮干预下下丘脑功能的关系尚不明确。肝视黄醇代谢中DHRS4将视黄醇转化为视黄醛（Matsunaga et al., 2008），相关代谢物调控脂肪组织发育（Wang et al., 2017）与代谢稳态（Blaner, 2019）；ALDH1A1参与糖异生与脂质代谢（Kiefer et al., 2012）并代谢脂质过氧化产生的毒性醛（Pan et al., 2019），有助于抗氧化应激（Ma et al., 2021），与高脂日粮升高ROS、促进脂质过氧化的证据相符（Matsuzawa-Nagata et al., 2008）。空肠F2RL1编码蛋白酶激活受体2（PAR2），PAR2缺失加重高脂日粮小鼠结肠炎（Her et al., 2021），其激活可能对抗膳食脂肪诱导的炎症（Wei et al., 2024）。父系比较中，HFI后代肝TNFAIP3下调，该基因抑制NF-κB诱导的炎症（Van Huffel et al., 2001）、抑制TNF诱导凋亡（Lee et al., 2000; Vereecke et al., 2010）并促肝细胞增殖（Arvelo et al., 2002; Ramsey et al., 2009）；结肠CCL2上调，高脂日粮后结肠最先高表达CCL2，导致肠道通透性增加与炎症小体激活（Kawano et al., 2016）；回肠APOA1下调影响脂质吸收与转运，APOA1为乳糜微粒形成与分泌（Ros, 2000）及HDL主要蛋白（Sonoyama et al., 1995），其抑制可能减少血浆脂质过载。日粮比较中，TMLHE上调促进肉碱合成（Monfregola et al., 2005），利于长链脂肪酸进入线粒体β-氧化（Roe and Ding, 2001）；GPNMB上调与组织重塑及抗炎有关，其经CD44抑制NF-κB（Neal et al., 2018），并在高脂日粮小鼠中防止胰岛素抵抗（Prabata et al., 2021）；LPCAT3与FABP2上调与肠道脂质吸收相关（Xin et al., 2015; Besnard et al., 2002），FABP2参与PPAR信号（Xie et al., 2025）。局限性包括未考虑微生物组、消化组织整体取样、未标准化禁食及采样时间差异；探索性分析显示采样时间仅影响少量基因且与主要对比DEGs无重叠。**结论**：本研究证明皮特兰父系类型影响对高纤维高脂日粮的转录组应答，在下丘脑、肝、空肠、结肠与回肠等多组织观察到差异表达；富集分析揭示细胞外基质组织、视黄醇代谢、免疫与炎症信号及脂质吸收等过程，凸显日粮与代谢适应的机制联系；DHRS4、ALDH1A1、TNFAIP3、F2RL1、APOA1、GPNMB、LPCAT3与FABP2成为短期日粮挑战下的核心调控基因。性能性状仅作补充背景，因试验仅一周应谨慎解释且非结论核心。研究拓展了既往工作，表明转录组变异是皮特兰父系后代应对日粮转换能力的基础，增进了对家畜基因–日粮互作的理解；尚需更长暴露期的研究将这些分子应答与长期生产性能联系起来。
