《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Integrative lipidomic and genomic analysis identifies key lipids for wooden breast in chickens
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背景：木质胸肉（wooden breast, WB）是肉鸡中常见肌病，显著降低肉质并造成重大经济损失。然而，与WB相关的遗传结构和脂质组学改变仍知之甚少。本研究旨在整合非靶向脂质组学与基因组分析，以表征WB中的脂质改变及其相关遗传因素。结果：为表征WB相关表型
背景：木质胸肉（wooden breast, WB）是肉鸡中常见肌病，显著降低肉质并造成重大经济损失。然而，与WB相关的遗传结构和脂质组学改变仍知之甚少。本研究旨在整合非靶向脂质组学与基因组分析，以表征WB中的脂质改变及其相关遗传因素。结果：为表征WB相关表型，对312只肉鸡的胸大肌（pectoralis major）评估了WB严重程度、压缩力（compression force, CF）、肌内膜厚度（endomysium thickness）和总脂质丰度。通过整合差异丰度分析、趋势分析和加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis, WGCNA），研究人员鉴定出25种脂质组成的核心集合。进一步利用孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）和中介分析（mediation analysis），优先筛选出9种脂质作为与遗传变异和WB相关的候选分子性状，其中7种在独立队列（n = 119）中显示一致关联。对这些脂质的代谢组全基因组关联研究（metabolome genome-wide association study, mGWAS）鉴定出染色体6（19.55–20.15 Mb）上一个由3种候选脂质共享的共识遗传位点。整合该位点内基因的转录组谱，优先筛选出5个候选基因，其中MAPK8和NPY4R在独立队列中显示一致表达模式。基于其潜在生物学相关性，选择MAPK8在鸡原代成肌细胞中进行功能表征。MAPK8过表达和敲低对脂质积累、氧化应激和纤维化相关基因表达产生相反效应，提示MAPK8可能参与与WB相关的脂质积累、氧化应激和纤维化重塑的细胞过程。结论：本研究提供了WB影响鸡中脂质代谢改变及其遗传结构的整合概览。总体而言，这些发现鉴定了候选脂质生物标志物和遗传位点，并提示MAPK8是与WB中脂质沉积和纤维化重塑相关的候选基因。
木质胸肉（wooden breast, WB）是肉鸡中常见肌病，显著降低肉质并造成经济损失。其病因多因素，涉及加速肌肉肥大与代谢需求失衡；血管化不足可诱导局部缺氧和氧化应激，触发代谢重编程和组织重塑，进而导致肌纤维变性、免疫细胞浸润、胶原积累和脂质沉积。WB为中等遗传力性状，但遗传结构复杂，相关遗传变异难以鉴定。现有营养干预可减轻严重程度但未能消除WB。脂质组学因WB中脂质浸润及脂质代谢在肌肉生理中的作用而具有信息价值；整合基因组分析有助于识别与脂质性状相关的遗传位点。因此，研究人员整合非靶向脂质组学与基因组分析，表征WB肉鸡脂质重塑并鉴定关键脂质和候选基因。
关键技术方法：研究人员使用312只雄性Guangming No. 2肉鸡（来自两个纯系，line 1 n=159，line 2 n=153）作为发现队列，独立验证队列119只（WB0 81、WB1 26、WB2 7、WB3 5）。采集胸大肌，进行WB评分、CF、肌内膜厚度、总脂质丰度和组织学染色；全基因组测序平均深度20×；非靶向脂质组学HPLC–MS鉴定1003种脂质；采用差异丰度分析、趋势分析、WGCNA、LDAK-thin遗传力估计、mGWAS、MR、中介分析、ROC、RNA-seq，以及鸡原代成肌细胞中MAPK8过表达/敲低、qPCR、Western blot、ROS和BODIPY染色。
Phenotypic and histological characteristics of WB（WB表型与组织学特征）：在312只鸡中，WB0 152、WB1 75、WB2 42、WB3 43；两个肉鸡系WB严重程度分布显著不同（χ2=74.902，P<0.001），line 1 WB0比例更高，line 2 WB2和WB3比例更高；全基因组SNP主成分分析显示两系遗传分化。WB胸大肌更硬、弹性更低，WB1为局部头侧硬化，WB2和WB3病变区域扩展，WB3常见苍白膨出表面、瘀点、轻微出血和粘液渗出。HE染色显示WB肌纤维变性坏死、小再生纤维、肿胀圆纤维和广泛空泡变化，肌周结缔组织扩展，肌内膜厚度增加；Picrosirius Red显示WB胶原结构断裂碎片，I型和III型胶原混合。CF、肌内膜厚度和总脂质丰度在WB1–WB3高于WB0，呈严重程度依赖增加趋势。
Lipidomic profiling and genetic architecture of breast muscle（胸大肌脂质组学与遗传结构）：鉴定1003种脂质，正离子793种、负离子210种；QC样本紧密聚类。脂质注释为6大类34亚类，甘油磷脂（glycerophospholipids, GPs）最丰富（41.3%），主要含磷脂酰胆碱（phosphatidylcholines, PCs）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamines, PEs）和磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserines, PSs）；其他主要亚类包括甘油三酯（triacylglycerols, TGs）、甘油二酯（diacylglycerols, DGs）和鞘磷脂（sphingomyelins, SMs）。基于SNP、InDel和SV的基因组遗传力（genomic heritability, h
2）均值分别为0.2137、0.2144和0.2272。PC、PE和PS等磷脂亚类强正相关。
Dynamic lipid alterations and their correlations with WB scores（动态脂质改变及其与WB评分相关性）：Line×WB交互对88.04%脂质不显著，支持将遗传line作为协变量合并分析。WB与广泛脂质组重塑相关；24个脂质亚类和4个主要脂质类的总丰度在WB0与WB1+2+3间差异。K-means聚类显示脂质丰度随WB评分协调变化。脂肪酸链长分布基本不变，但饱和度向高多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFA）、低饱和脂肪酸（saturated fatty acids, SFA）转变，PUFA/SFA比值升高。脂质类别和亚类与总脂质丰度关联强于WB评分等，甘油酯类（glycerolipids, GLs）特别是TGs正相关最强。
Identification of WB-associated lipids via multi-strategy screening（多策略筛选鉴定WB相关脂质）：差异丰度分析显示WB0 vs WB1+2+3有145种差异脂质，vs WB1 138种，vs WB2 77种，vs WB3 223种，四种比较共享56种。趋势分析574种脂质显著，分为4簇，Cluster 2（135种）随严重程度持续增加，Cluster 4（91种）持续降低，Cluster 1（274种）和Cluster 3（74种）模式复杂。WGCNA选择软阈值9，Green、Red、Blue模块与WB评分、CF、肌内膜厚度和总脂质丰度显著稳定正相关；以|MM|>0.8和|GS|>0.2、P<0.05筛选出102种hub脂质，均包含在574种趋势脂质中。整合差异丰度、趋势和WGCNA得25种核心候选脂质，区分WB与正常的AUC为0.702（95% CI：0.643–0.761）。
MR and mediation analysis of core lipids（核心脂质MR和中介分析）：以遗传变异为工具变量，MR鉴定8个SNP和6个InDel脂质候选，其遗传预测脂质水平在IVW模型下与WB显著相关。中介分析保留7个SNP和4个InDel候选，整合得9种非冗余高优先脂质。TG 18:1_20:4_20:4在SNP中介模型中显著间接效应（P=0.034），解释15.62%总遗传关联，并与WB评分正相关（IVW P=0.010）。9脂质面板10折交叉验证AUC为0.729（95% CI：0.671–0.786），25脂质面板为0.702（95% CI：0.643–0.761），DeLong检验差异不显著（P=0.1455），提示模型精简后预测性能相当。
Identification of a consensus genetic hotspot and candidate genes（共识遗传热点和候选基因鉴定）：整合mGWAS候选区间发现染色体6（19.55–20.15 Mb）共识热点，由MGDG O-26:0_19:0、TG 22:6_18:1_16:1和TG 18:1_20:4_20:4共享；InDel_Chr6_20132906为三者top InDel，且对前两者最强。区域包含7个注释基因，转录组优先5个表达随WB评分显著变化基因。脂质类和亚类mGWAS中CE、ST、GL、TG和PMe2等性状在同一区间有峰，LD clumping识别独立lead变异；9种优先脂质与这些脂质性状正相关，支持染色体6区间为与WB相关脂质变异的候选遗传区域。
Independent validation of lipid biomarkers and multi-omics candidates（脂质生物标志物和多组学候选独立验证）：119只独立队列中，WB样本CF、肌内膜厚度和总脂质丰度显著增加，与发现队列一致。9种优先脂质中7种在独立队列检测到，均WB中显著更高且效应方向一致。7脂质面板外部验证AUC为0.684（95% CI：0.567–0.801），使用发现队列预定义cutoff；单个脂质诊断性能可比，面板与最佳单脂质无显著差异（DeLong P=0.075）。转录组验证显示MAPK8和NPY4R在WB样本中显著增加，选择MAPK8进行功能表征。
Functional characterization of MAPK8 in chicken primary myoblasts（MAPK8在鸡原代成肌细胞中的功能表征）：在鸡原代成肌细胞中敲低或过表达MAPK8，qPCR和Western blot确认效率。调节MAPK8伴随PPARγ、COL1A1、COL1A2和TGFB1表达变化。BODIPY中性脂质染色和活性氧（reactive oxygen species, ROS）荧光染色显示，MAPK8过表达组荧光最强，对照组或敲低组最低。结果提示MAPK8表达增加与鸡原代成肌细胞中细胞内氧化应激、脂质积累和促纤维化基因表达增强相关。
讨论部分总结：WB是多因素、生长相关肌病，以进行性纤维化和肌肉品质受损为特征。本研究中WB肌肉胶原沉积增加、肌内膜空间扩大和肌内脂质丰度升高，符合纤维化和脂肪浸润病理特征；I型和III型胶原沉积紊乱及结缔组织重塑支持细胞外基质过度积累导致WB肌肉硬度增加。脂质组学显示TGs和PCs为主要富集类别，既往研究也报道后续发生WB的鸡中脂肪酸摄取和脂质储存通路早期激活，提示脂质代谢改变是WB早期特征。肌内TG过度积累是脂毒性标志，PC升高可能反映肌纤维损伤后膜周转和修复；PUFA/SFA升高提示膜脂质组成主动重塑而非单纯脂质积累。非脂肪组织脂质积累常伴氧化应激、内质网应激和炎症，这些过程在WB肌肉中也有报道，并参与肌纤维变性和纤维化重塑。现代肉鸡快速生长和高代谢需求下，营养流入可能超过骨骼肌代谢能力，促进脂质积累和代谢应激，持续应激促进细胞外基质沉积。常规差异脂质组学不能区分遗传支持的代谢性状与继发改变；MR和中介分析优先筛选9种脂质。由于研究为观察性横断面，应解释为遗传支持证据而非因果证明。优先脂质中TG 18:1_18:2_20:4与ME1和INSIG1表达正相关，二者参与从头脂肪生成和固醇稳态；高度不饱和TG可能反映脂质合成、储存和膜重塑协调调节。三个优先脂质汇聚到染色体6共享区间，提示候选调控区间而非独立信号；该区间与已报道WB相关位点SNP_Chr6_19640631重叠。该位点可能代表影响多个脂质相关性状的调控区域。mGWAS与转录组整合优先筛选表达与WB评分一致的基因。候选基因功能涉及膜运输、蛋白质量控制、细胞骨架组织和代谢调节；FAM21C参与WASH复合体介导的内体运输和脂滴动态，ZFAND4与细胞应激反应相关，FRMPD2和NPY4R分别与细胞骨架组织和代谢稳态相关，但其在WB中的具体作用仍需功能验证。MAPK8由转录组和功能分析支持；既往鸡转录组和共表达研究将MAPK8作为肌内脂肪沉积候选调节因子。MAPK8在严重WB中表达增加，过表达促进脂质积累、氧化应激和纤维化相关基因表达，敲低产生相反效应，与JNK信号协调脂毒性应激、线粒体功能障碍、氧化应激和炎症的报道一致。MAPK8也参与成肌细胞增殖、分化和凋亡；持续脂质过载激活应激响应MAPK/JNK信号，与ROS产生、线粒体功能障碍和细胞外基质重塑相关。功能实验提示MAPK8可能参与WB相关应激反应和纤维化重塑，但精确作用需体内研究。遗传优先脂质性状可能具有转化价值，具有潜在遗传力，若验证可用于育种和营养策略。局限性包括单发育阶段无法评估时间顺序，MR和中介不能建立因果，WB2和WB3样本量小可能降低统计功效，但脂质效应大小跨WB评分高度一致。未来需纵向研究、更大验证队列和功能实验。
研究结论翻译：总之，WB影响的肌肉表现出肌肉硬度增加、肌内膜结缔组织沉积增加和肌内脂质丰度升高。整合分析揭示了与WB相关的广泛脂质代谢改变，并鉴定了可能参与这一复杂肌病的候选脂质标志物和遗传因素。此外，功能验证支持MAPK8在鸡肌肉中与WB相关的脂质积累、氧化应激和纤维化重塑中的潜在作用。总体而言，本研究为WB的分子机制提供了新见解，并为未来旨在提高对这种具有重要经济意义肌病的理解与管理的遗传和功能研究奠定了基础。
