《Animals》：Integrative Analysis of the Metabolome and Transcriptome Reveals the Mechanism Underlying Differences in Skin Development Between the New Zealand Rabbit and the Rex Rabbit
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獭兔（Rex rabbit）皮毛是纺织工业中的高价值原料；然而，毛用型獭兔与肉用型新西兰白兔（New Zealand White rabbit）之间毛用性状差异所涉及的整合代谢组与转录组机制尚未完全阐明。本研究选取在相同饲养条件下饲养的40只兔（每组20只），
獭兔（Rex rabbit）皮毛是纺织工业中的高价值原料；然而，毛用型獭兔与肉用型新西兰白兔（New Zealand White rabbit）之间毛用性状差异所涉及的整合代谢组与转录组机制尚未完全阐明。本研究选取在相同饲养条件下饲养的40只兔（每组20只），用于评估毛皮品质性状，采集背部皮肤样本进行代谢组学与转录组学分析。结果表明，獭兔的纤维长度和毛皮厚度均显著低于新西兰白兔（p<0.01）。代谢组学分析共鉴定出267个差异代谢物（differential metabolites，DMs），主要包括脂质和有机酸类。这些代谢物显著富集于丁酸代谢、类固醇激素生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及柠檬酸循环。关键代谢物包括组胺、L-精氨酸、肌酸和吲哚酚。转录组学分析共鉴定出895个差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs），富集于MAPK、cAMP和HIF-1信号通路，涉及角蛋白家族基因（KRT34、KRT84、KRT82）、FGFR4、EGF、BMP5和DKK2。整合分析发现211个DEGs和97个DMs共同富集于103条通路，包括HIF-1、cAMP和AMPK信号通路。这些发现揭示了参与皮肤和毛囊发育的基因-代谢物调控网络，为改良兔毛品质提供了分子标记，并加深了对哺乳动物毛囊发育的遗传和代谢基础的理解。
獭兔（Rex rabbit）与新西兰白兔（New Zealand White rabbit）是毛用型和肉用型兔的典型代表，两者在毛皮品质上存在显著差异，但长期以来，这种差异背后的分子调控机制尚未被系统阐明。毛囊（hair follicles，HFs）作为调控哺乳动物毛发生长的复杂微型器官，其形态发生与发育周期直接决定动物毛长、毛密度、纤维细度和整体被毛品质。以往研究虽已报道了獭兔皮肤中BMP2、EGF、IGF-I、β-catenin及TGF-β家族成员的差异表达，以及Wnt/β-catenin、TGF-β和BMP等信号通路对毛囊发育的调控作用，但对于毛用型与肉用型兔种之间系统的基因表达和代谢物谱比较仍显不足。尽管已有研究利用转录组和代谢组技术分别解析了细毛羊、绒山羊及小鼠模型中的毛发生长机制，但将这两种组学手段整合起来，系统揭示獭兔与新西兰白兔毛皮性状差异的基因-代谢物协同调控网络，此前尚未见报道。为此，研究人员以完全生长期（13周龄）的獭兔（n=20）和新西兰白兔（n=20）为对象，在统一饲养条件下开展研究，从表型、代谢组和转录组三个层面系统解析两品种毛皮性状差异的分子基础。研究结果不仅为兔毛品质的分子育种提供了理论依据，也为毛用动物羊毛生长改良提供了参考，论文发表于《Animals》期刊。
在技术方法上，实验兔取自浙江省灵飞兔业有限公司（慈溪），每组随机选取10只进行基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的非靶向代谢组学分析，其中每组6只同时进行基于Illumina NovaSeq 6000平台的RNA测序（RNA-seq）。代谢组学数据经Compound Discoverer 3.1处理后，结合KEGG、HMDB和LIPID MAPS数据库进行代谢物注释；转录组数据经HISAT2比对到Oryctolagus cuniculus参考基因组（OryCun2.0），使用DESeq2筛选差异表达基因（DEGs），并采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）验证关键基因表达。最后通过Pearson相关性分析和KEGG通路共富集分析进行代谢组与转录组的整合分析。
研究结果分为四个部分。3.1 表型差异：通过体尺测量和毛皮性状评估，发现新西兰白兔体重显著高于獭兔（p<0.01）；獭兔的纤维长度和毛皮厚度均显著低于新西兰白兔（p<0.01），而毛皮面积在两品种间无显著差异，表明毛皮性状存在品种特异性差异。3.2 差异代谢物分析：基于正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）确认两品种代谢谱分离明显，共鉴定出267个差异代谢物（DMs），其中84个上调、183个下调。化学分类显示脂质和类脂分子占比最高（21.35%），其次为有机酸及其衍生物、核苷及核苷酸类似物。KEGG富集分析表明DMs显著富集于丁酸代谢、类固醇激素生物合成、半胱氨酸与蛋氨酸代谢、铁死亡、柠檬酸循环（TCA循环）及AMPK信号通路，提示氨基酸代谢与脂质代谢在毛皮性状形成中发挥重要作用。3.3 差异表达基因分析：RNA-seq共鉴定出895个DEGs（759个上调、136个下调），RT-qPCR验证的7个DEGs（BMP5、DKK2、KAP6-1、KRT34、KRTAP3-1、P2RY6、PRELP）表达趋势与测序结果一致。基因本体论（GO）富集分析显示DEGs显著富集于角化、器官发育和组织发育等与毛囊发育相关的生物学过程；KEGG通路分析显示DEGs主要富集于MAPK、Toll样受体、cAMP和HIF-1信号通路。其中角蛋白基因KRT34、KRT84、KRT82及角蛋白关联蛋白基因KRTAP3-1、KRTAP6-1，以及FGFR4、EGF、BMP5、DKK2被确定为与毛囊生长发育相关的候选基因。3.4 代谢组与转录组整合分析：通过Pearson相关性分析及KEGG共富集分析，构建了DEGs、DMs与通路的交互调控网络，发现211个DEGs和97个DMs共同富集于103条代谢通路。其中HIF-1信号通路中的LDHA和LDHB与α-酮戊二酸呈强关联，AMPK信号通路中的PRKAA、PRKAB、PRKAG与二磷酸腺苷和L-谷氨酸相关，mTOR信号通路中的PRKAA1和INSR与L-精氨酸相关。组胺与纤维长度呈显著负相关（p<0.01），并与糖酵解调控因子PGAM2显著正相关（p<0.01）。整合KEGG富集分析显示钙信号、HIF-1信号、cAMP信号、氨基酸生物合成及AMPK信号通路显著富集。
在讨论部分，研究人员指出脂质和类脂分子作为占比最高的差异代谢物类别，可能通过参与毛纤维保护屏障形成、影响纤维强度和质地而参与毛发生理调控。组胺由角质形成细胞释放，可调节皮肤和毛囊生理功能，本研究中组胺与纤维长度显著负相关，提示其可能通过调控糖酵解活性进而影响毛囊生长。L-精氨酸作为角蛋白合成的重要底物，在绒山羊皮肤生长期向退行期转变过程中表达差异显著，本研究中L-精氨酸与mTOR通路基因的关联进一步支持其在毛囊发育中的角色。BMP5和DKK2在獭兔皮肤中显著上调，结合已有研究报道BMP5在毛囊隆突区和毛囊间表皮中高表达、DKK2缺失可诱导毛发再生，推测二者在兔皮肤和毛囊生长发育中可能发挥抑制作用。研究发现结论如下：獭兔与新西兰白兔在毛皮性状上存在明显的表型和分子差异，这些差异源于基因表达与代谢物谱的协同变化，尤其涉及HIF-1信号通路、氨基酸生物合成以及AMPK信号通路，这些通路在调控皮肤和毛囊发育中发挥重要作用。所鉴定的基因和代谢物为改良兔毛品质提供了潜在分子标记，并在分子水平上增进了对毛囊生物学的理解。
