《Frontiers in Microbiology》：Multi-omics reveals the associations between cecal candidate bacteria and muscle fatty acid composition variations in Daheng and Luning chickens
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摘要
引言：越来越多的证据强调胃肠道生态系统对骨骼肌脂质动态的深远影响。
方法：本研究旨在系统探究鸡肠道菌群、中间代谢物与肌内脂肪酸（FA）沉积之间的关联。
结果：表型与亲脂性谱分析显示，大恒鸡（DHC）与芦宁鸡（LNC）的脂肪酸组成存在显著差异，其中大恒鸡腿
摘要
引言：越来越多的证据强调胃肠道生态系统对骨骼肌脂质动态的深远影响。
方法：本研究旨在系统探究鸡肠道菌群、中间代谢物与肌内脂肪酸（FA）沉积之间的关联。
结果：表型与亲脂性谱分析显示，大恒鸡（DHC）与芦宁鸡（LNC）的脂肪酸组成存在显著差异，其中大恒鸡腿肌中26种不同脂肪酸的浓度显著升高，包括风味前体单不饱和脂肪酸（MUFA）（C18:1n9c）以及功能性omega-3（n-3）多不饱和脂肪酸（PUFA）（C20:5n3和C22:5n3）。高通量宏基因组测序随后鉴定出优势盲肠细菌分类群与这些特定肌肉脂肪酸之间的正相关关系。同时，多区室代谢组学绘制了跨越盲肠、血清和腿肌的一系列差异代谢物，这些代谢物主要富集于“半胱氨酸和蛋氨酸代谢”以及“泛酸和辅酶A生物合成”通路。通过整合多组学框架并结合统计中介模型，研究人员鉴定出一条候选功能轴：Agathobaculum-Collinsella-Enorma联合菌群与肌肉脂肪酸沉积强烈共变，该过程由关键中间节点（包括丙酮酸、S-腺苷甲硫氨酸和精胺）桥接。
结论：总体而言，这些发现表明肠道菌群通过结构化的肠道-代谢物-肌肉轴与肌肉脂质组成紧密耦合，为家禽生产中肉品质的精准管理提供了候选微生物标志物。
论文解读：基于多组学整合解析鸡肠道菌群与肌肉脂肪酸组成的关联机制
一、研究背景与科学问题
鸡肉作为全球消费量第二的肉类，其品质性状直接决定产业经济价值与消费者接受度。肌肉脂肪酸（fatty acid, FA）组成是影响肉品质的关键因素，不仅决定脂肪的硬度与肌内脂肪（intramuscular fat, IMF）含量，还通过脂质氧化产生挥发性风味化合物而影响肉的香味与多汁性。既往研究表明，肌肉FA组成受遗传、日粮及肠道菌群的共同调控。肠道菌群作为宿主的重要“共生器官”，可通过代谢物-宿主互作机制调节脂质沉积。然而，肠道菌群如何通过系统性信号通路影响远端骨骼肌的脂肪酸组成，尤其是不同生长速度鸡品种间肉品质差异背后的肠道菌群-代谢物-肌肉轴机制，仍缺乏系统解析。
本研究选取商业快速生长型大恒鸡（Daheng chicken, DHC）与传统慢速生长型芦宁鸡（Luning chicken, LNC）作为比较模型，旨在阐明肠道菌群及其代谢物是否以及如何导致两品种间肌肉FA组成的差异，从而为肉品质的精准调控提供候选微生物靶点。
二、研究内容与主要结论
研究人员对80只150日龄雄性鸡（每品种8个重复，每重复5只）开展系统比较。表型分析显示，DHC体重显著高于LNC，其腿肌肌纤维直径更大，IMF含量显著升高，而胸肌IMF无显著差异；腿肌pH值、烹饪损失及剪切力亦存在品种间差异。基于气相色谱-质谱（GC-MS）靶向代谢组学分析，两品种胸肌总FA、饱和脂肪酸（SFA）、不饱和脂肪酸（UFA）、单不饱和脂肪酸（MUFA）和多不饱和脂肪酸（PUFA）浓度无显著差异，而DHC腿肌中上述所有类别FA均显著富集，且多达26种FA浓度显著升高，包括9种SFA、7种MUFA和10种PUFA。尤为重要的是，DHC腿肌显著积累风味前体MUFA（C18:1n9c）以及功能性n-3 PUFA（C20:5n3和C22:5n3）。相关性分析进一步揭示C10:0、C12:0等特定FA与腿肌pH值呈负相关。
宏基因组测序显示，DHC盲肠菌群Chao1指数显著低于LNC，β多样性呈现明显的品种间分离。LEfSe与Wilcoxon秩和检验鉴定出DHC中富集的优势菌属，包括Candidatus Coprenecus、Prevotella、Faecalibacterium、Ligilactobacillus、Agathobaculum和Marseilla等。KEGG功能注释显示，DHC菌群在半胱氨酸和蛋氨酸代谢、泛酸和辅酶A（CoA）生物合成通路显著富集。Spearman相关分析表明，30个优势菌属中有12个与DHC腿肌肉品质性状显著相关。
基于液相色谱-质谱（LC-MS）非靶向代谢组学，研究人员对盲肠内容物、血清和腿肌三个区室进行代谢谱分析。盲肠共检出4114种代谢物，其中671种上调和664种下调；血清中43种代谢物显著改变；腿肌中11种上调和45种下调。KEGG通路富集分析一致表明，差异代谢物主要富集于半胱氨酸和蛋氨酸代谢、泛酸和CoA生物合成两条通路。在腿肌中，L-蛋氨酸、S-腺苷甲硫氨酸、丙酮酸和N-甲酰-L-蛋氨酸在DHC中显著下调，而L-天冬氨酸和L-丝氨酸显著上调；精胺与20种腿肌FA及PUFA总量呈显著正相关。Spearman相关与Mantel检验构建了肠道菌群-代谢物-肌肉FA的关联网络，并锁定Agathobaculum、Collinsella、Enorma等核心菌属与跨区室差异代谢物的显著关联。
在此基础上，研究人员采用基于反事实框架的中介效应分析，建立“菌群-代谢物-FA”的有向统计模型。结果表明，Agathobaculum-Collinsella-Enorma联合菌群通过丙酮酸、S-腺苷甲硫氨酸和精胺等关键代谢节点，显著中介了肌肉FA的沉积效应，并识别出具有统计学稳健性的中介通路（PACME < 0.05且PProp < 0.05），以桑基图形式可视化呈现。
三、关键方法与技术特点
本研究采用多组学整合策略：①采用Illumina NovaSeq X Plus平台进行宏基因组测序，经fastp质控、BWA比对去除宿主污染、MEGAHIT组装、Prodigal基因预测及CD-HIT构建非冗余基因集，并通过DIAMOND比对NR数据库进行物种注释；②采用GC-MS靶向代谢组学，利用51种脂肪酸甲酯标准品建立标准曲线，对肌肉中长链FA进行绝对定量；③采用LC-MS非靶向代谢组学，分别对盲肠内容物、血清和腿肌进行代谢物谱分析；④采用Spearman相关、Mantel检验及R语言mediation包进行中介效应建模。样本来源于四川大恒家禽育种有限公司和芦宁鸡遗传资源保种场，每品种8个生物学重复。
四、讨论与结论
讨论部分指出，DHC腿肌中C18:1n9c（油酸）的显著富集与其肉质风味优势密切相关，油酸在热加工中通过脂质氧化产生挥发性芳香醛酮类物质，赋予熟鸡肉特征性香气并改善多汁性与嫩度。同时，DHC同步积累了EPA（C20:5n3）和DPA（C22:5n3）等n-3 PUFA，兼具健康促进功能，突破了传统认知中生长速度与功能性脂肪酸之间的权衡关系。在菌群机制层面，Agathobaculum作为产丁酸菌，可通过丁酸激活AMPK和PPAR信号通路，增强线粒体生物发生和脂肪酸β氧化；Collinsella和Enorma主要产生乙酸盐和乳酸盐，后者通过交叉喂养为Agathobaculum合成丁酸提供底物，由此形成功能耦合的菌群联合体。在代谢通路层面，蛋氨酸和半胱氨酸代谢为机体提供甲基供体和硫源，影响谷胱甘肽与CoA库的稳态；CoA作为脂肪酸活化和转运的核心辅因子，处于羧酸与脂质代谢的交汇点。中介模型进一步将丙酮酸、S-腺苷甲硫氨酸和精胺确立为菌群调控肌肉FA沉积的关键分子节点。
研究结论为：本研究系统揭示了大恒鸡和芦宁鸡肌肉FA沉积差异背后的“肠道菌群-代谢物-肌肉”轴。DHC腿肌显著积累功能性PUFA（C20:5n3和C22:5n3）及风味前体MUFA（C18:1n9c）。整合宏基因组学、代谢组学与中介模型，鉴定出盲肠优势Agathobaculum-Collinsella-Enorma联合菌群通过富集于“半胱氨酸和蛋氨酸代谢”与“泛酸和CoA生物合成”通路的丙酮酸、S-腺苷甲硫氨酸和精胺等中间代谢物，与肌肉FA沉积密切关联。该研究阐明了特异性菌群联合体及中间代谢物作为肌肉脂质组成系统性调节因子的作用，为家禽肉品质的精准营养和分子育种提供了候选微生物标志物与代谢靶点。该论文发表于《Frontiers in Microbiology》。
