整合多组学分析揭示乌黄猪高肌内脂肪沉积的种质优势与候选机制

《Foods》：Integrative Multi-Omics Analysis Reveals Germplasm Advantages and Candidate Mechanisms Underlying High Intramuscular Fat Deposition in Wuhuang Pigs

　　

肌内脂肪（IMF）含量是猪肉食用品质的关键指标。乌黄猪是四川地方脂肪型猪种，表现出高IMF，但其潜在机制尚不清楚。本研究通过整合表型、转录组、代谢组和16S rRNA分析对乌黄猪与国外品种猪进行了比较。粗脂肪含量达6.40%，比国外品种高288%（p < 0.001），屠宰率、眼肌面积和瘦肉率较低（p < 0.01），肌纤维较小（p < 0.05）。转录组学鉴定出157个差异表达基因（DEGs），核心脂肪生成基因（SCD、FASN、DGAT2和SREBF1）上调；代谢组学鉴定出47种差异代谢物，富集于鞘脂、脂肪酸、酰基肉碱和胆汁酸。整合通路分析揭示了共同通路中基因-代谢物变化的同向性以及以SCD/FASN为中心的关联网络。肠道厚壁菌门/拟杆菌门比值升高（约3.8 vs. 1.9），70个差异菌属富集于短链脂肪酸产生菌（如双歧杆菌属、链球菌属和毛螺菌科）和胆汁酸代谢菌（如帕拉苏特雷拉菌属）。因此，高IMF可能与"肠道菌群-宿主代谢-基因表达-脂肪沉积"轴的协调变化有关，为保护该地方品种和改善猪肉品质提供了候选基因、代谢物和微生物类群。

**研究背景与存在问题**

肌内脂肪（IMF）含量是决定猪肉风味、嫩度、多汁性和剪切力等食用品质的关键指标，适宜IMF含量（2–3%以上）是生产优质高档猪肉的重要前提。现代商业猪种经定向选育后瘦肉率提高，但IMF含量普遍下降，肉质风味有所退化。中国地方猪种普遍具有较高IMF含量，是研究脂肪沉积分子机制的宝贵遗传资源。乌黄猪是四川省资阳市雁江区特有的脂肪型大型晚熟地方猪种，具有体型大、耐粗饲、繁殖力强、抗病力高等特点，但近年来种群数量持续下降，第三次全国畜禽遗传资源普查时仅存2811头，保种形势严峻。此前研究仅初步表征了其遗传结构和表型特征，其高IMF形成的分子机制仍缺乏系统研究。

**研究内容与总体结论**

研究人员以乌黄猪（WHZ）为研究对象、国外品种猪（WZZ，杜洛克×长白×大白商品杂交猪）为对照，通过表型测定、转录组测序、非靶向代谢组学和16S rRNA测序，系统比较了两组在胴体性能、肉质性状、基因表达、代谢物组成和肠道微生物群落方面的差异。结果显示，乌黄猪粗脂肪含量达6.40%，较对照高288%，并伴有屠宰率、眼肌面积、瘦肉率降低和肌纤维变小等典型脂肪型猪种特征；转录组鉴定出157个差异表达基因，代谢组鉴定出47种差异代谢物，肠道菌群厚壁菌门/拟杆菌门比值升高且70个差异菌属富集于短链脂肪酸和胆汁酸代谢相关类群。该研究从多组学层面揭示了乌黄猪高IMF形成的分子特征，为其种质资源保护利用和地方猪种肉质遗传改良提供了理论基础和候选分子靶标。

**关键技术方法**

样本队列为乌黄猪（WHZ，来自中国西南某猪业公司）与DLY商品杂交猪（WZZ，对照组），均为150日龄母猪，同批同条件饲养、同日屠宰。各检测项目样本量为：胴体性状n=6对n=14，肉质性状n=6对n=7，转录组n=3对n=3，非靶向代谢组n=6对n=9，16S rRNA测序n=12对n=10。关键技术包括：RNA-seq转录组测序（DESeq2筛选DEGs，|log2FC|>1且padj<0.05）；UHPLC-MS/MS非靶向代谢组学（OPLS-DA判别，VIP>1且p<0.05）；16S rRNA V3-V4区扩增子测序（QIIME2 DADA2降噪，SILVA注释）；RT-qPCR验证关键基因表达；KEGG通路交叉整合、基因-代谢物九象限分析及Cytoscape关联网络构建。因转录组与代谢组检测个体不完全相同，跨组学整合在组水平进行。

**研究结果**

**3.1 胴体性状与肉质**：与对照相比，乌黄猪宰前体重、胴体重、屠宰率、眼肌面积和瘦肉率显著降低（p<0.01），平均背膘厚、皮脂率和骨率显著升高（p<0.05）。肉质方面，L_45min、L_24h和失水率显著降低（p<0.05），粗脂肪含量显著升高（p<0.001，增加288%），pH_45min、pH_24h、烹煮损失和剪切力无显著差异，较低的失水率提示保水性改善。

**3.2 骨骼肌形态特征**：HE染色显示乌黄猪肌纤维束更小、更分散，肌内脂肪沉积更明显；定量分析显示肌纤维横截面积、密度和直径均显著低于对照（p<0.05），表明两组骨骼肌发育模式存在明显差异。

**3.3 转录组分析**：RNA-seq共鉴定13,660个表达基因，PLS-DA显示两组转录组明显分离。共筛得157个DEGs（89个上调、68个下调），qPCR验证与RNA-seq趋势一致。GO富集显示DEGs显著富集于脂质代谢过程、脂肪酸生物合成和脂肪细胞分化等生物学过程；KEGG富集于过氧化物酶体、产热、非酒精性脂肪肝和PPAR信号通路。上调基因包括SCD、FASN、DGAT2、PLIN1、ADIPOQ、THRSP、ELOVL6和SREBF1等核心脂肪生成相关基因。

**3.4 代谢组分析**：OPLS-DA显示两组代谢谱明显分离（R2Y=0.974，Q2=0.732，置换检验p=0.002）。共鉴定293种代谢物和47种差异代谢物（32种上调、15种下调），鞘脂、脂肪酸、酰基肉碱、胆汁酸和甘油磷脂等脂质代谢物在乌黄猪中总体上调。KEGG富集显示差异代谢物主要富集于鞘脂代谢、甘油磷脂代谢、类固醇激素生物合成、初级胆汁酸生物合成和脂肪酸生物合成等脂质代谢通路。

**3.5 转录组-代谢组整合分析**：DEG通路与代谢物通路交叉得到6条共同通路，集中于碳代谢、辅因子生物合成和脂质代谢。基因-代谢物九象限图显示117对基因-代谢物对大部分呈同向变化。构建的"通路-基因-代谢物"关联网络以SCD、FASN、DGAT2、PLIN1、ADIPOQ、THRSP、ELOVL6和SREBF1为核心基因节点，鞘氨醇-1-磷酸（S1P）和牛磺胆酸（TCA）为代谢枢纽分子，网络共31个节点、47条边。

**3.6 肠道菌群分析**：16S rRNA测序获得3701个ASVs。乌黄猪微生物丰富度（Chao1、observed ASVs）略高但无显著差异，Simpson指数显著降低（p=0.0034）。PCoA/NMDS显示两组群落结构明显分离（PERMANOVA，R2=0.28，p=0.001）。门水平上两组均以厚壁菌门和拟杆菌门为主，乌黄猪F/B比值显著升高（约3.8 vs. 1.9，p=0.00265）。共鉴定70个差异菌属，双歧杆菌属（log₂FC=3.83）、链球菌属（log₂FC=3.24）和帕拉苏特雷拉菌属（log₂FC=3.19）在乌黄猪中富集，而胆汁酸转化菌属拟杆菌属（log₂FC=-2.84）减少。

**讨论与结论**

讨论部分指出，乌黄猪高IMF表型与宁乡猪、荣昌猪、金华猪等脂肪型地方猪种表现一致，SCD-FASN-DGAT2轴的核心调控作用与其他脂肪型品种的整合组学证据相符；S1P作为鞘脂代谢关键信号分子参与脂肪细胞分化和脂质合成，TCA可通过FXR/TGR5受体调节脂质代谢；肠道菌群F/B比值升高与肥胖人群及动物模型中的观察一致，但菌群与IMF之间的因果关系尚需粪菌移植等功能实验验证。研究存在RNA-seq样本量偏小（每组n=3）、品种效应与体重及生长速率效应混杂、仅分析背最长肌单一部位等局限性。结论：通过表型、转录组、代谢组和肠道微生物组的整合多组学分析，系统揭示了乌黄猪的种质优势及其高IMF形成的分子基础——核心脂肪生成基因（SCD、FASN、DGAT2、SREBF1）上调，鞘脂、脂肪酸、酰基肉碱和胆汁酸等脂质代谢物积累，S1P与TCA作为脂质代谢网络关键枢纽，F/B比值升高且70个差异菌属富集于短链脂肪酸和胆汁酸代谢相关类群；这些关联性结果支持"肠道菌群-宿主代谢-基因表达-脂肪沉积"轴可能有利于高IMF形成，但因果关系尚待证实。该多组学分析为乌黄猪种质资源保护利用和地方猪种肉质遗传改良提供了理论依据及候选基因、代谢物和微生物类群，相关候选关联性发现需在更大规模独立队列和功能实验中进一步验证。