北京油鸡和光明肉鸡脾脏中鼠伤寒沙门氏菌诱导的转录组变化比较分析

《Animal Research and One Health》：Comparative Analysis of Salmonellatyphimurium-Induced Transcriptomic Changes in the Spleen of Beijing-You Chickens and Guang Ming Broilers

　　

禽沙门氏菌病由沙门氏菌属（Salmonella）引起，是一种重要的人畜共患病，对家禽业和公共卫生安全产生重大影响。尽管家禽品种对鼠伤寒沙门氏菌（ST）感染的抵抗力存在明显的品种间差异，但其潜在的分子机制仍知之甚少。在本研究中，研究人员采用整合免疫表型分析（包括H/L比值、干扰素-γ（IFN-γ）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-8（IL-8））和脾脏转录组分析，鉴定与鸡品种间沙门氏菌感染差异抵抗力相关的候选基因。为此，对28日龄的广明2号肉鸡B系（GM）和北京油鸡（BY）鸡只以2.5×10¹⁰ CFU/mL的剂量进行鼠伤寒沙门氏菌（ST）攻毒。通过结合差异表达分析和加权基因共表达网络分析（WGCNA）的综合方法，研究人员鉴定了三个与鸡品种间沙门氏菌感染差异抵抗力相关的关键候选基因——EGR1、FOS和DUSP1。功能验证确认FOS和DUSP1在调节免疫细胞对ST感染应答中发挥重要作用。此外，研究人员揭示了一种新的调控机制，即EGR1负调控DUSP1。这些发现为家禽抗病研究提供了潜在的候选靶点。

沙门氏菌病（由沙门氏菌属（Salmonella）引起的人畜共患病）对家禽业和公共卫生构成严重威胁。不同鸡品种对鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium，ST）感染的抵抗力存在显著差异，但其分子基础尚不清楚。为填补这一空白，研究人员以北京油鸡（BY）和广明2号肉鸡B系（GM）为对象，开展了一项整合免疫表型与脾脏转录组分析的研究，旨在鉴定与抗性差异相关的关键基因，为抗病育种提供理论依据。该研究论文发表在《Animal Research and One Health》期刊上。

### 关键技术方法（不超过250字）

研究人员主要采用了以下技术方法：1）免疫表型测定：通过外周血涂片计算异嗜性粒细胞/淋巴细胞（H/L）比值，利用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测血清中干扰素-γ（IFN-γ）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-8（IL-8）浓度。2）脾脏转录组测序（RNA-seq）及生物信息分析：对感染ST（2.5×10¹⁰ CFU/mL）24 h后的脾脏进行RNA测序，通过DESeq2进行差异表达分析，利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定与免疫表型相关的模块和枢纽基因，并进行京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集和基因集富集分析（GSEA）。3）蛋白互作网络（PPI）：通过STRING数据库和Cytoscape构建互作网络。4）细胞功能验证：在鸡巨噬细胞系HD11中，利用小干扰RNA（siRNA）敲低候选基因，随后进行ST感染，检测细菌负荷和基因调控关系（qPCR和Western blot）。样本来源：北京油鸡和广明肉鸡各16只，来自中国农业科学院昌平实验基地。

### 研究结果

**3.1 ST感染前后免疫性状的变化**
通过比较H/L比和血清细胞因子浓度发现：ST感染后，BY鸡的H/L比显著升高（p < 0.05），且显著高于GM鸡（p < 0.01）；GM鸡的IFN-γ和IL-1β水平显著升高（p < 0.05），而BY鸡的炎症因子无显著变化。表明BY鸡倾向于快速激活粒细胞介导的先天免疫，炎症反应较弱，而GM鸡呈现过度炎症表型，更易感。

**3.2 鸡对ST感染的品种特异性转录组响应**
脾脏转录组分析（差异倍数|log2(fold change)| > 1，p < 0.05）鉴定出BY鸡有294个差异表达特征（DEFs）（115上调，179下调），GM鸡有223个（138上调，85下调），两者仅共享17个DEFs（如MMP7）。KEGG通路富集分析显示：BY的DEFs主要富集在神经活性配体-受体互作和代谢通路；GM的DEFs显著富集在免疫相关通路（如铁死亡、细胞因子-细胞因子受体互作、PPAR信号通路）。GSEA发现，两品种激活的通路大致相似，但细胞因子-细胞因子受体互作通路在BY中负调控，在GM中正调控。

**3.3 加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定品种特异性关键模块和枢纽基因**
分别对两品种进行WGCNA（BY软阈值为3，GM为12），BY获得21个模块，GM获得16个模块。模块-性状相关性分析表明：BY中“red”和“royalblue”模块与H/L比强相关，“darkgrey”模块与IL-8相关；从这些模块筛选出753个枢纽基因，KEGG富集到沙门氏菌感染和Notch信号通路（如DTX2、DTX4）。GM中“tan”模块与H/L比强相关，筛选出199个枢纽基因，仅显著富集于ABC转运蛋白通路（如ABCA4、ABCB5）。

**3.4 候选基因对ST感染应答的影响**
基于差异表达基因构建PPI网络，选出高连接度的EGR1、FOS和DUSP1进行功能验证。在HD11细胞中分别敲低FOS、EGR1和DUSP1后，qPCR和Western blot分析揭示：FOS正调控EGR1，EGR1负调控DUSP1，而DUSP1不影响FOS或EGR1。ST感染后，DUSP1表达显著诱导。细菌负荷实验表明：敲低FOS或DUSP1可显著减少细胞内细菌存活（p < 0.01），而敲低EGR1无直接效应。因此，提出FOS→EGR1→DUSP1的间接调控轴，FOS作为上游激活因子，EGR1作为中间调控因子负调控DUSP1，DUSP1作为下游效应因子促进ST的胞内存活。

### 讨论与结论

讨论部分指出：BY鸡相对于GM鸡表现出更强的抗ST感染能力，其H/L比升高但炎症因子释放较低，提示BY通过快速启动粒细胞免疫（如胞外诱捕网形成）限制细菌扩散，减轻炎症；而GM呈现高炎症表型更易感。脾脏转录组分析显示两品种仅有少量共享DEFs，证实了品种特异性表达模式与抗病性差异相关。通过WGCNA，BY枢纽基因富集于Notch信号通路（涉及E3泛素连接酶DTX2/DTX4），可能通过调控该通路赋予抗性；GM枢纽基因仅富集于ABC转运蛋白通路，与ST感染无明确关联。功能验证确认FOS和DUSP1的敲低减少细菌负荷，表明它们在ST入侵或胞内生存中起关键作用。FOS通过形成AP-1复合物调节炎症，DUSP1通过抑制JNK活性调节过度炎症，而EGR1作为早期应答转录因子负调控DUSP1，充当免疫网络微调器。这些候选基因（特别是FOS和DUSP1）是进化保守的免疫调节因子，可作为标记辅助选择（MAS）的靶点，用于培育抗病家禽品系。

研究结论翻译如下：
在本研究中，研究人员通过分析H/L比值和炎症因子（IFN-γ、IL-1β和IL-8）的血清浓度，表明BY鸡相比GM鸡对ST感染表现出更强的抵抗力。为了阐明这种差异抵抗力的遗传基础，研究人员进行了比较转录组分析和WGCNA，鉴定出EGR1、FOS和DUSP1为关键候选基因。功能验证确认FOS和DUSP1在调节免疫细胞对ST感染应答中发挥重要作用。此外，研究人员揭示了一种新的调控机制，即EGR1负调控DUSP1。这些发现为培育抗病家禽提供了理论基础。