基于血液转录组与代谢组整合分析挖掘肉鸭剩余采食量相关生物标志物的研究

《Poultry Science》：Integrated Blood Transcriptomic and Metabolomic Analyses Reveal Potential Biomarkers Associated with Residual Feed Intake in Meat Ducks

本研究针对肉鸭饲料效率遗传改良缺乏早期预测指标的瓶颈问题，通过整合血液转录组和代谢组分析，系统揭示了低剩余采食量（LRFI）肉鸭的特异性分子特征。研究发现LRFI个体花生四烯酸和α-亚麻酸代谢通路显著抑制，鉴定出HLX、CSF1R等8个核心基因及PC-O、血栓素B2等4个关键代谢物，为肉鸭饲料效率的早期选育提供了新型生物标志物和理论依据。

　　

在家禽养殖业中，饲料成本占据总生产成本的近70%，提高饲料利用效率已成为降低生产成本、提升盈利能力的关键策略。特别是近年来备受关注的小型肉鸭品种，虽然具有风味佳、营养丰富等优点，但其生长周期长、饲料转化效率低的问题严重制约了产业发展。剩余采食量（Residual Feed Intake, RFI）作为衡量饲料效率的重要指标，反映了动物实际采食量与基于维持和生长需要预测值之间的差异，是当前家禽育种中评价饲料效率的首选指标。

然而，实现RFI遗传改良面临重大挑战——缺乏可在生长早期准确预测RFI的可靠生物标志物。传统血液生化指标易受环境和饲养管理条件影响，且难以全面反映代谢和分子水平的差异。尽管已有研究揭示了肠道、肝脏和肌肉等组织在饲料效率变异中的作用，但循环血液这一能够整合机体全身生理状态的"液体活检"样本，其在RFI分化中的作用机制尚不明确。

针对这一科学问题，扬州大学研究团队在《Poultry Science》上发表了创新性研究成果。研究人员从800只21日龄小型肉鸭自然群体中，筛选出剩余采食量最高和最低的各8只个体，分别组成高RFI（HRFI）和低RFI（LRFI）组。通过系统性分析血浆生化指标、代谢组学和全血转录组学特征，并结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析，深入探索了血液分子特征与饲料效率的关联机制。

关键技术方法包括：对16只21日龄肉鸭（8只LRFI和8只HRFI）进行血浆生化指标检测、液相色谱-质谱（LC-MS）非靶向代谢组学分析、全血RNA测序，运用WGCNA识别RFI相关共表达模块，通过PPI网络筛选核心基因，并整合代谢组-转录组数据挖掘关键通路，最后通过RT-qPCR验证核心基因表达。

生长性能与血浆生化指标

研究发现，LRFI和HRFI鸭的体重性状无显著差异，但LRFI组表现出显著降低的采食量（FI）和平均日采食量（ADFI），从而导致饲料转化率（FCR）和RFI极显著降低。血浆生化分析显示，LRFI鸭的血浆甘油三酯（TG）浓度显著降低，而葡萄糖（GLU）和肌酸激酶（CK）水平显著升高，其他肝酶活性和脂质参数无组间差异。

血浆代谢组学分析

代谢组学分析鉴定出145个差异丰度代谢物（DAMs），KEGG富集分析突出显示了花生四烯酸代谢和α-亚麻酸代谢通路在LRFI鸭中显著抑制。LRFI个体中多种磷脂酰胆碱和鞘磷脂物种以及花生四烯酸衍生脂质（如前列腺素G₂、血栓素B₂和5-氧代-ETE）水平普遍下调。

全血转录组学分析

转录组分析识别出425个差异表达基因（DEGs），功能富集显示这些基因显著富集于吞噬体、精氨酸生物合成和花生四烯酸代谢等通路。WGCNA识别出4个与RFI显著相关的共表达模块（ magenta、blue、black、brown），PPI网络分析从中筛选出HLX、CSF1R、MECR、RICTOR和HTT等核心基因。

整合代谢组-转录组分析

整合分析发现花生四烯酸代谢是共享的核心通路，包含4个DEGs和17个DAMs。相关性网络显示LCN2与5种脂质代谢物显著相关，GGT1与4种代谢物相关，HPGDS与2种代谢物相关。RT-qPCR验证了HLX、CSF1R、MECR、RICTOR、HTT、GGT1、HPGDS和LCN2这8个核心基因的表达模式与转录组数据一致。

研究结论表明，LRFI肉鸭在21日龄就表现出独特的血液分子特征，包括脂质代谢通路抑制和特定基因表达模式。研究人员鉴定出的8个核心基因（HLX、CSF1R、MECR、RICTOR、HTT、GGT1、HPGDS、LCN2）和4个关键代谢物（PC-O、前列腺素G₂、血栓素B₂、5-氧代-ETE）共同构成了RFI相关的生物标志物组合。

这项研究的重要意义在于首次系统揭示了肉鸭血液分子特征与饲料效率的关联机制，为理解RFI的生理基础提供了新视角。鉴定出的血液生物标志物具有早期预测价值，有望应用于肉鸭育种实践，通过简单的血液检测即可在生长早期筛选高效饲料利用个体，从而加速遗传改良进程，降低生产成本，促进家禽业的可持续发展。这些发现不仅为肉鸭育种提供了实用的分子工具，也为其他畜禽的饲料效率遗传改良提供了可借鉴的研究思路和方法学框架。