《Poultry Science》：Stage-Specific transcriptional atlas of goose satellite cells uncovers molecular dynamics driving embryonic skeletal muscle development
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本研究针对鹅胚胎骨骼肌发育过程中卫星细胞（SMSCs）分子调控机制不明确的问题，通过整合组织学、免疫荧光和转录组学技术，构建了雌性浙东白鹅胚胎期15、18、23天腿肌SMSCs的阶段性转录图谱。研究发现Pax7+SMSCs比例随发育进程显著下降，转录组分析揭示基因表达从早期收缩结构相关基因（如MYL1、ACTC1）向晚期脂代谢（PPARG、PLIN2）和细胞外基质重塑（MMP2）基因的动态转换。蛋白互作网络识别出以MEF2C、MYOD1和MSTN为核心调控模块。该研究为家禽肌肉产量和肉质的遗传改良提供了关键分子靶点。
家禽的骨骼肌不仅是运动器官，更是人类肉类消费的重要来源。在鹅等禽类中，骨骼肌的发育主要发生在胚胎期，这一阶段的发育质量直接决定了出生后的产肉性能和肉质特性。然而，目前对鹅胚胎骨骼肌发育，特别是其中关键细胞类型——骨骼肌卫星细胞（Skeletal Muscle Satellite Cells, SMSCs）的分子调控网络，仍缺乏系统性的解析。SMSCs是位于肌纤维膜基底膜之间的干细胞群，在出生后肌肉生长、损伤修复和代谢稳态维持中发挥核心作用。尽管近年来转录组学研究已初步揭示了鹅肌肉发育过程中的基因表达变化，但多数研究聚焦于整体肌肉组织，未能精确捕捉SMSCs群体本身的转录动态，且缺乏针对关键胚胎发育窗口期的阶段性转录图谱。
为填补这一研究空白，中国上海市农业科学院畜牧兽医研究所的研究团队在《Poultry Science》上发表了最新研究成果。他们以具有快速生长和优良肉质的中国地方品种——浙东白鹅（Zhedong White goose, ZW）为模型，系统绘制了胚胎期15天、18天和23天（E15F、E18F、E23F）雌性鹅腿肌SMSCs的阶段特异性转录图谱，旨在揭示驱动胚胎骨骼肌发育的分子动力学机制。
研究人员首先通过组织学（H&E染色）和免疫荧光分析，描绘了腿肌发育的形态学变化。研究发现，从E15F到E23F，肌纤维从结构松散、排列无序的小圆纤维逐渐发育为肥大、规则排列的多边形纤维，并形成清晰的肌束结构，间质组织显著减少。同时，Pax7（Paired box 7）阳性SMSCs的比例从E15F的约22%持续下降至E23F的约5%，表明随着肌肉的成熟，SMSCs逐渐退出细胞周期，建立静息干细胞库，为出生后的肌肉生长储备了细胞基础。
通过对纯化的SMSCs进行RNA测序（RNA-seq），研究团队获得了高质量的转录组数据。主成分分析（PCA）显示，三个发育阶段的SMSCs转录组能够清晰区分，表明存在显著的阶段性基因表达差异。差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）分析发现，在E18F vs. E15F、E23F vs. E15F和E23F vs. E18F三个比较组中，分别鉴定出2156、1652和3527个DEGs。其中，464个基因在所有比较中均差异表达，构成了胚胎发育过程中的核心调控基因集。
阶段共享DEGs分析揭示发育轨迹转换
对464个阶段共享DEGs的表达模式分析表明，胚胎发育早期（E15F）高表达基因主要编码肌原纤维结构和收缩蛋白，如肌球蛋白轻链1（MYL1）、肌动蛋白α心肌肌动蛋白1（ACTC1）、肌钙蛋白T2（TNNT2）等，反映了活跃的肌生成（Myogenesis）和肌管形成过程。而到发育晚期（E23F），表达上调的基因则富集于脂质代谢（如过氧化物酶体增殖物激活受体γ，PPARG；脂滴包被蛋白2，PLIN2；长链脂酰辅酶A合成酶1，ACSL1）、细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）重塑（如基质金属蛋白酶2，MMP2；分泌性磷酸化蛋白1，SPP1）以及信号转导（如成纤维细胞生长因子10，FGF10；胰岛素样生长因子结合蛋白5，IGFBP5）等相关通路。E18F则呈现出介于两者之间的过渡性表达谱，标志着从肌源性构建向代谢成熟和组织重组的关键转换。
阶段特异性转录动态
进一步分析显示，E18F vs. E15F比较中，与有丝分裂和染色体分离相关的基因（如CKAP2, MAD2L1）上调，而肌肉分化相关基因（如MYF6, DES）下调，提示E18F时期SMSCs可能经历了一轮增殖高峰。E23F vs. E15F比较中，脂质能量代谢和神经营养信号相关基因（如FABP7, GDF15）上调，而多个肌源性调控因子（如MYF6, IGF2）及HOX家族基因下调，表明晚期胚胎肌肉发育的重点转向代谢功能成熟和终末分化抑制。E23F vs. E18F比较中，细胞-基质粘附（如DSP, ITGA5）和氧化代谢（如CPT1B）相关基因上调，同时神经导向信号（如PAX9, ROR2）相关基因下调，反映了向结构稳定和功能特化的转变。
功能富集与蛋白互作网络
基因本体（Gene Ontology, GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）通路富集分析一致表明，差异表达基因显著富集于免疫反应、细胞粘附、ECM组织、离子运输和细胞骨架结构等生物学过程，以及细胞因子-细胞因子受体相互作用、钙信号通路、细胞粘附分子和ECM-受体相互作用等信号通路。
蛋白质-蛋白质相互作用（Protein-Protein Interaction, PPI）网络分析识别出一个核心调控模块，包括肌细胞增强因子2C和2D（MEF2C, MEF2D）、生肌决定因子1（MYOD1）以及肌肉生长抑制素（MSTN）。该网络揭示了四个相互关联的功能轴心：肌源性分化（由MEF2C/MEF2D与MYOD1协同驱动）、肌节组织、脂质代谢（由PPARG-PLIN2-ACSL1模块主导）以及炎症驱动的萎缩（涉及NFKBIA和FBXO32等）。其中，MSTN-Smad信号通路对肌生成的抑制作用可能被卵泡抑素样蛋白3（FSTL3）所拮抗，而IGFBP5则通过调节胰岛素样生长因子（Insulin-like Growth Factor, IGF）的可用性，共同调控蛋白质合成与降解的平衡。
关键基因表达验证
通过实时定量PCR（qRT-PCR）对6个核心DEGs（MEF2D, MYOD1, MYOG, FBXO32, ACTC1, PPARG）进行验证，结果与RNA-seq数据高度一致，证实了转录组分析结果的可靠性。
本研究通过多组学整合分析，系统描绘了鹅胚胎骨骼肌发育过程中SMSCs的阶段性转录图谱，揭示了一个从"增殖-分化-代谢成熟"的连贯发育序列。研究不仅深化了对禽类肌肉发育分子机制的理解，而且为通过遗传手段干预特定发育阶段以优化鹅肉产量和品质提供了重要的理论依据和潜在的分子靶点。未来利用单细胞转录组测序（scRNA-seq）和空间转录组学等技术，将进一步解析SMSCs的异质性和命运决定 dynamics，并结合基因编辑等功能验证手段，明确MEF2C、MSTN、PPARG等核心调控因子在肌源性分化和代谢成熟中的因果作用。
主要关键技术方法
本研究使用了以下关键技术：1） 从雌性浙东白鹅（来源：象山文杰鹅育种部）胚胎腿肌中分离和纯化SMSCs（采用差速贴壁法）；2） 组织学分析（H&E染色）和免疫荧光染色（检测Pax7蛋白）进行形态学观察和细胞定位；3） RNA测序（RNA-seq）进行转录组分析；4） 生物信息学分析（包括差异表达基因鉴定、GO和KEGG富集分析、蛋白互作网络构建）；5） 实时定量PCR（qRT-PCR）验证关键基因表达。
研究结果
腿肌发育的组织学调查
H&E染色显示，从E15F到E23F，肌纤维经历从结构不成熟、排列无序到肥大、规则排列于肌束内的形态学成熟过程。免疫荧光显示Pax7+SMSCs比例从E15F的~22%显著下降至E23F的~5%，表明静息SMSCs库的建立。
RNA-seq数据质量评估
测序数据质量高（Q30 > 94.43%），与鹅参考基因组比对率良好（86.63%-87.73%），适合下游分析。
SMSCs发育过程中DEGs分析
PCA和样本相关性分析显示三个阶段转录组显著分离。鉴定出大量阶段特异性DEGs，E18F vs. E15F、E23F vs. E15F和E23F vs. E18F分别有2156、1652和3527个DEGs。464个基因在所有比较中共同差异表达。
SMSCs发育的关键DEGs
464个共享DEGs的聚类分析揭示了从早期结构/收缩蛋白基因表达向晚期代谢/ECM重塑基因表达的明显转换。选取的32个肌肉发育相关基因也显示出清晰的时序表达模式。
肌生成过程中的阶段解析转录动力学
阶段特异性DEGs分析表明，E18F时期富集增殖相关基因，E23F时期则上调代谢和粘附相关基因，下调生长因子和神经导向信号基因，反映了发育重点的转移。
重叠基因表达模式揭示代谢-肌生成转换
重叠DEGs分析进一步证实，与E15F相比，E18F和E23F均下调肌原纤维结构和肌源性调控因子基因，而E23F（相对于E15F和E18F）特异性上调脂代谢（如PPARG、PLIN2）和分化调控相关基因。
DEGs的功能富集分析
GO和KEGG分析显示，DEGs在不同阶段均显著富集于免疫反应、细胞粘附、ECM组织、离子转运和细胞骨架等相关功能和通路。
肌肉发育基因的蛋白-蛋白相互作用网络
PPI网络分析识别出以MEF2C、MEF2D、MYOD1和MSTN为核心节点的调控模块，整合了肌生成、代谢和炎症信号。
qPCR验证DEGs
qPCR结果验证了MYOD1、MYOG、ACTC1、MEF2D、FBXO32和PPARG这6个关键基因的表达趋势与RNA-seq数据一致。
研究结论与意义
本研究通过整合组织学、细胞学和转录组学分析，揭示了雌性浙东白鹅胚胎腿肌发育的形态学、细胞学和分子学基础。研究明确了从E15F到E23F，肌纤维逐步成熟，Pax7+SMSCs比例显著下降，建立了静息干细胞库。转录组分析揭示了一个清晰的发育轨迹：从早期侧重于肌原纤维构建和收缩功能的基因表达，转向晚期以脂质代谢、ECM重塑和信号转导为特征的分子程序。研究识别了一个核心调控网络，其中MEF2C、MEF2D、MYOD1和MSTN等关键因子协同调控肌生成、代谢平衡和蛋白稳态。这些发现不仅提供了鹅胚胎骨骼肌发育的全面分子图谱，为理解禽类肌肉生物学提供了新见解，而且为通过靶向调控特定发育阶段或关键基因来改善鹅的产肉性能和肉质性状奠定了重要的理论基础，具有重要的科学意义和应用前景。
