《Poultry Science》：Comparative transcriptome profiling of leg muscle development from the embryonic to growth stages in Huanglang chickens
编辑推荐：
家禽腿部肌肉是高品质蛋白质和关键微量元素的重要来源。关于肌肉发育的大多数研究集中在胚胎期或生长期，对于鸡从胚胎期到生长期的肌肉发育研究相对较少。因此，在本研究中，研究人员对从胚胎期（E13、E17）到生长期（D1、D14、D35）的雌性黄兰鸡腿部肌肉样本进行了
家禽腿部肌肉是高品质蛋白质和关键微量元素的重要来源。关于肌肉发育的大多数研究集中在胚胎期或生长期，对于鸡从胚胎期到生长期的肌肉发育研究相对较少。因此，在本研究中，研究人员对从胚胎期（E13、E17）到生长期（D1、D14、D35）的雌性黄兰鸡腿部肌肉样本进行了转录组测序。通过成对比较十个组，总共鉴定了7,691个差异表达基因（DEGs），在E13和D35之间观察到的DEGs数量最多，为4,645个。使用STEM（Short Time-series Expression Miner，短时序表达挖掘工具）进行的时间序列表达分析揭示了三个不同的表达簇：簇I（2,582个基因，下调基因）、簇II（1,666个基因，上调基因）和簇III（614个基因，在D1时暂时上调达到峰值）。GO（Gene Ontology，基因本体论）和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，京都基因与基因组百科全书）富集分析显示，DEGs在细胞周期和DNA复制（簇I）、代谢和肌肉结构相关通路（簇II）、氧化磷酸化和线粒体功能（簇III）等通路中富集。蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析鉴定出枢纽基因，包括簇I中的CDC45/MCM复合物成员，簇II中的线粒体基因如CYTB和ND1，以及簇III中的氧化磷酸化基因如NDUFS3和COX5A。转录因子预测突出KDM5A、KDM5B、PHF8和SAP30作为关键调节因子。七个基因（ACTN2、PDK4、MYOG、MYOD1、MYH1F、MYH1B和MYF6）的RT-qPCR（Quantitative Real-time PCR，定量实时聚合酶链反应）结果与RNA-seq（RNA sequencing，RNA测序）分析一致。本研究首次系统分析了地方鸡种从胚胎期到早期生长阶段的腿部肌肉发育机制，为理解鸡腿部肌肉发育提供了全面的转录组资源。
肌肉发育是家禽肉质、生产性能和经济盈利能力的关键决定因素。目前，大多数研究集中于胚胎期或生长期的肌肉发育，缺乏对鸡从胚胎期到生长期连续动态过程的系统性分析，特别是地方品种。因此，研究人员开展了这项研究，旨在填补这一空白，为理解腿部肌肉发育的分子机制提供理论基础。论文发表在《Poultry Science》上，具有重要的学术价值。本研究通过对黄兰鸡腿部肌肉进行多时间点转录组分析，鉴定了关键基因和通路，为遗传改良提供了资源。
研究人员为开展研究，主要使用了以下关键技术方法：首先，样本来源为雌性黄兰鸡在胚胎期（E13、E17）和生长期（D1、D14、D35）的腿部肌肉（腓肠肌）。其次，采用RNA-seq技术进行转录组测序，包括总RNA提取、mRNA富集、文库构建和Illumina HiSeq平台测序。接着，进行数据质量控制、比对参考基因组、差异表达分析，并利用STEM进行时间序列聚类，GO和KEGG进行功能富集分析，PPI网络分析鉴定枢纽基因，转录因子预测，最后通过RT-qPCR验证关键基因表达。
研究结果首先概述了RNA-seq质量评估，获得了高质量数据，包括清洁读数、Q20/Q30百分比和GC含量。在差异表达基因（DEGs）分析中，通过成对比较鉴定了7,691个DEGs，其中E13与D35之间DEGs数量最多（4,645个），表明发育时间跨度越大，表达差异越显著。主成分分析（PCA）显示样本组内相关性良好，重复性高。时间序列表达分析使用STEM将DEGs聚类为三个簇：簇I包含2,582个基因，呈现下调模式；簇II包含1,666个基因，呈现上调模式；簇III包含614个基因，在D1时达到峰值后下降。这反映了基因表达从胚胎期到生长期的动态变化。
在功能富集分析中，GO注释显示簇I富集于有丝分裂细胞周期、DNA复制和细胞质核糖体等术语，簇II富集于肌原纤维、收缩纤维和肌带等术语，簇III富集于线粒体部分、氧化磷酸化和质子转运等术语。KEGG通路富集分析表明，簇I富集于核糖体、细胞周期和DNA复制通路；簇II富集于钙信号通路、脂肪细胞因子信号通路和碳代谢通路；簇III富集于氧化磷酸化、碳代谢和三羧酸循环（TCA循环）通路。这些结果揭示了发育过程中从增殖到分化再到代谢成熟的进程。
蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析鉴定了枢纽基因：簇I中包括CDC45、MCM4、MCM6、POLE、MCM2和CDC6，均为DNA复制相关基因；簇II中包括CYTB、ND1、MT-ND5、ND4、COX3和ND3，均为线粒体编码基因；簇III中包括NDUFS3、NDUFS8、COX5A、UQCRC2、NDUFB5和NDUFA9，与氧化磷酸化相关。转录因子预测发现KDM5A、KDM5B、PHF8和SAP30可能调控簇I和簇III中的关键基因。RT-qPCR验证了七个基因（ACTN2、PDK4、MYOG、MYOD1、MYH1F、MYH1B和MYF6）的表达模式与RNA-seq结果一致，证实了数据的可靠性。
讨论部分总结了研究发现：差异表达基因数量随发育时间增加而减少，表明基因表达趋于稳定。三个表达簇分别对应增殖（簇I）、分化与早期功能（簇II）以及氧化代谢与成熟组织功能（簇III）的阶段。枢纽基因如MCM2和CDC45在胚胎期高表达，支持肌纤维数量建立；线粒体基因如CYTB和ND1在生长期上调，反映氧化能力增强；簇III基因在D1（孵化日）达峰，可能适应孵化时的生理变化。转录因子预测提示KDM5A等可能为调控枢纽，但因果关系需进一步验证。
研究结论部分指出：本研究在黄兰鸡腿部肌肉发育中识别了三个时间基因簇，富集了从DNA复制到线粒体能量产生的功能基因（例如MCM2、CYTB、ND1、COX5A和UQCRC2）。共同转录因子（例如KDM5A）对多个基因簇的潜在靶向提示了基因调控枢纽。新见解是D1作为线粒体能量适应的关键窗口期。这些发现为优化地方鸡种腿部肌肉生长和代谢效率的育种策略提供了分子基础。
