《Poultry Science》：DNA methylation-mediated regulation of hypoxia-responsive genes facilitates high-altitude adaptation in Tibetan chickens
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本研究针对藏鸡高原低氧适应机制不清的问题，通过整合基因组、转录组和DNA甲基组数据，系统揭示了启动子低甲基化通过激活PDK4、BNIP3L等关键基因调控能量代谢重编程和线粒体自噬的新机制。该研究为禽类高原适应提供了表观遗传学证据，对家禽抗低氧育种具有重要参考价值。
青藏高原平均海拔约4000米，低氧、低温和强紫外线等极端环境条件对生物体构成了严峻挑战。长期生活在此的藏鸡(Gallus gallus domesticus)表现出卓越的慢性低氧耐受性，但其分子和表观遗传机制尚未完全阐明。心脏作为氧运输和能量代谢的关键器官，在低氧应激中起着决定性作用，解析其分子调控机制对理解高原适应具有重要意义。
为揭示藏鸡高原适应的分子基础，研究人员在《Poultry Science》上发表了题为"DNA methylation-mediated regulation of hypoxia-responsive genes facilitates high-altitude adaptation in Tibetan chickens"的研究论文。该研究通过多组学整合分析，系统阐述了DNA甲基化在藏鸡低氧适应中的调控作用。
研究采用的主要技术方法包括：采集西藏藏鸡和三个低海拔品种（北京油鸡、狼山鸡、清远麻鸡）心脏组织，通过全基因组重测序进行SNP分型，利用全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)分析DNA甲基化模式，通过RNA测序(RNA-Seq)获得转录组数据，采用酶联免疫法测定乳酸脱氢酶(LDH)、琥珀酸脱氢酶(SDH)等代谢酶活性，并通过实时定量PCR(RT-qPCR)验证关键基因表达。
群体结构和多组学分异
主成分分析(PCA)显示，基于基因组、甲基化组和转录组数据，藏鸡与低海拔品种间存在明显分异。遗传层面，四个品种各自形成独立聚类；表观遗传和转录层面，藏鸡个体与低海拔品种明显分离，而低海拔品种间存在部分重叠。这表明藏鸡在遗传、表观遗传和转录水平均形成了独特的高原适应特征。
心脏酶活性与高原适应
酶活性测定显示，藏鸡心脏组织中LDH和SDH活性显著高于低海拔品种(p<0.05)，表明其无氧糖酵解能力和线粒体氧化代谢增强。同时，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性也显著升高，说明藏鸡具有更强的抗氧化防御系统，有利于维持低氧环境下的氧化还原稳态。
转录组比较与共同差异表达基因
通过差异表达分析，鉴定出790个共同上调基因(Up-Co-DEGs)和1742个共同下调基因(Down-Co-DEGs)。上调基因主要富集于氧化磷酸化、脂肪酸代谢和低氧应答通路，下调基因则与细胞周期调控、蛋白质合成等过程相关。这表明藏鸡通过协调转录重编程，增强线粒体功能和代谢重塑以适应高原低氧环境。
启动子甲基化与基因表达的负相关
线性回归分析显示，启动子区域甲基化水平与基因表达呈显著负相关(R=-0.11, p<2.2×10-16)。基因组分布分析表明，差异甲基化CpG岛(DMCGIs)主要位于基因体区域，其中17.2%位于启动子区(TSS2000)，这些区域甲基化变化对基因转录具有重要调控作用。
启动子相关共同差异甲基化基因的功能特征
整合分析发现，144个基因在藏鸡中呈现"低甲基化-高表达"模式。KEGG富集分析显示这些基因主要参与能量代谢、氧化应激应答和细胞稳态调控等通路。其中五个关键基因——丙酮酸脱氢酶激酶4(PDK4)、BCL2相互作用蛋白3样(BNIP3L)、自噬相关基因3(ATG3)、溶质载体家族7成员5(SLC7A5)和锌金属肽酶(OMA1)——被确定为低氧适应的核心调控因子。
启动子低甲基化驱动低氧应答基因上调
PDK4、BNIP3L和ATG3在藏鸡中表现出显著的启动子低甲基化和高表达特征。PDK4通过抑制丙酮酸脱氢酶活性，促进糖酵解向氧化磷酸化转变；BNIP3L和ATG3协同调控线粒体自噬，清除受损线粒体；SLC7A5增强支链氨基酸摄取，激活mTORC1信号通路；OMA1通过稳定HIF-1α促进糖酵解。这些基因共同构成代谢重编程和线粒体质量控制的分子网络。
研究结论表明，藏鸡通过启动子低甲基化这一表观遗传机制，激活低氧应答基因表达，协调能量代谢、抗氧化防御和线粒体质量控制，形成系统性的高原适应策略。该研究不仅揭示了禽类高原适应的新机制，也为家禽抗低氧育种提供了重要理论基础和候选靶点。
