《Poultry Science》：Genome-Wide Association Study reveals the genetic basis of meat quality traits in Sichuan Shelduck
编辑推荐：
本研究聚焦于我国优良地方鸭种——四川麻鸭，针对其肉品质优良但遗传基础不明的问题，综合运用全基因组关联分析（GWAS）与转录组学技术，系统评估了pH、肉色、剪切力、水分和肌内脂肪（IMF）等关键指标。研究发现公鸭在IMF、水分含量和嫩度上更具优势，并鉴定出位于21号染色体上与IMF显著相关的29个SNP，其中峰值SNP（chr21:2210804 T>C）邻近STK4基因，可解释19.68%的表型变异。功能分析提示STK4可能通过FoxO/MAPK通路调控脂肪细胞分化。转录组分析进一步明确了DGAT2在甘油酯代谢和PPAR信号通路中的富集，而回归分析则强调了RALY在胆固醇稳态中的作用。这些关键候选基因与分子标记为四川麻鸭肉品质的分子育种改良提供了坚实的遗传学依据。
鸭肉因其风味独特、营养丰富而广受欢迎。在众多鸭种中，我国本土品种因其独特的风味和肉质备受青睐。四川麻鸭作为一种曾濒临灭绝的珍贵遗传资源，具有高瘦肉率和良好的产肉性能。然而，究竟是什么基因在背后主导着其卓越的肉品质？这一遗传“黑箱”尚未被系统破解，限制了将其作为优质亲本在杂交育种中的应用。肉品质是受多基因控制的复杂性状，传统表型选育耗时费力、效率低下。利用分子育种手段预测肉品质的育种价值，成为提升肉品质的一条 promising 途径。
为了揭开四川麻鸭肉品质的遗传密码，四川农业大学动物科技学院的研究团队在《Poultry Science》上发表了一项综合性研究。他们选取了240只（123公，117母）90日龄的健康四川麻鸭，系统测定了胸肌的pH、肉色（L亮度、a红度、b*黄度）、剪切力、水分含量和肌内脂肪（IMF）含量。随后，研究人员整合了全基因组重测序与胸肌转录组测序数据，通过全基因组关联研究（GWAS）寻找与性状相关的遗传标记，并通过生物信息学分析挖掘关键候选基因及其功能。
本研究主要运用了以下关键技术方法：首先，对实验动物（来自四川自贡荣县麻鸭育种场）进行标准化表型测定，包括使用色差仪、质构分析仪、索氏抽提法等。其次，从全血中提取DNA进行全基因组重测序，通过BWA、GATK等流程进行SNP calling，获得近1800万个SNP用于后续分析。然后，使用EMMAX软件进行GWAS分析，定位与各肉品质性状显著相关的SNP位点。同时，对12只高IMF和12只低IMF母鸭的胸肌进行RNA-seq转录组测序，通过DESeq2进行差异表达分析，并利用KOBAS、clusterProfiler等工具进行GO和KEGG功能富集分析。最后，通过回归分析评估候选基因表达量对IMF表型的预测重要性。
研究结果
1. 表型统计与遗传参数
对公母鸭肉品质指标的比较发现，在相同日龄和体重下，公鸭的肌内脂肪含量、水分含量、肉色a、b、L值均显著高于母鸭，而剪切力值则低于母鸭，表明公鸭具有更高的脂肪沉积、更好的嫩度和更鲜亮的肉色。表型相关分析显示，水分含量与肉色、嫩度均呈正相关。基于SNP的遗传力估计显示，水分含量、肉色L值和肌内脂肪的遗传力为中等至较高，分别为0.42、0.39和0.34，表明这些性状受遗传影响较大。
2. GWAS筛选与肉品质相关的基因
- •
pH、剪切力、水分含量：GWAS共鉴定出46个与这三个基础肉品质性状相关的显著SNP，并注释到包括BMP1、OLA1、HDAC4、MID1、AUTS2、PCDH15、MYO7A等在内的多个候选基因。功能分析显示，这些基因富集于ATP结合、肌动蛋白细胞骨架、离子通道复合体等与能量代谢、肌肉结构及水盐平衡相关的通路。
- •
肉色性状：对肉色L、a、b*的GWAS共发现51个显著SNP，注释到MEP1B、SPRED2、PREX1、NFATC2等基因，这些基因在肌酸组装、精氨酸代谢、钾离子跨膜运输等生物学过程中富集。
- •
肌内脂肪（IMF）相关分子标记的筛选：针对IMF的GWAS在21号染色体上发现了一个显著的信号峰，包含29个显著SNP，其中峰值SNP为chr21:2210804 T>C。该位点基因分型显示对IMF有显著的等位基因效应，可共同解释19.68%的表型变异。在显著SNP附近共注释到8个候选基因，包括STK4、CCN5、PTPRT、TOMM34、MATN4、PXMP4、RALY和EIF2S2。Locus Zoom分析进一步将候选区域内的基因扩展至14个。
3. 高、低IMF胸肌的转录组分析
对12只高IMF和12只低IMF母鸭胸肌的RNA-seq分析共鉴定出148个差异表达基因。功能富集分析发现，这些差异表达基因在“核酸结合”、“细胞粘附”等GO条目，以及“甘油酯代谢”和“PPAR信号通路”等KEGG通路中显著富集。其中，DGAT2、GK等基因在脂质相关的生物过程中被富集，提示它们可能参与肌内脂肪的调控。
4. 基因组学与转录组学整合分析
虽然差异表达基因与GWAS候选基因没有直接重叠，但回归分析对候选区域（与GWAS lead SNP的R2> 0.4）内基因的表达量进行分析后，将RALY、EIF2S2、PXMP4、TOMM34和STK4列为对IMF表型最重要的预测因子，其中RALY的预测重要性最高。对这5个基因的GO分析发现，它们富集于“肝细胞凋亡过程”、“神经管形成”等，其中STK4与“脂肪细胞分化的正调控”相关，而RALY与“胆固醇稳态”相关，直接指向了脂质代谢的核心调控功能。KEGG分析则显示这些基因与“过氧化物酶体”、“FoxO信号通路”和“MAPK信号通路”相关。
研究结论与意义
本研究的核心结论是，通过多组学联合分析，系统解析了四川麻鸭肉品质性状的遗传基础，并成功鉴定了多个关键候选基因和分子标记。具体而言，研究首次在四川麻鸭中明确了公鸭在肌内脂肪、水分和嫩度上的优势，并量化了关键肉品质性状的遗传力。最为重要的发现是，通过GWAS在21号染色体上定位到一个与肌内脂肪含量显著相关的基因组区域，其峰值SNP位于STK4基因附近，该位点可解释近20%的表型变异。功能分析强烈提示，STK4可能通过FoxO和MAPK信号通路参与脂肪细胞分化的调控。同时，转录组学分析独立地发现DGAT2在甘油酯代谢和PPAR信号通路中富集，而整合分析则进一步将RALY推至核心，其与胆固醇稳态的关联在脂质代谢中具有关键作用。
这些发现具有重要的理论与应用价值。在理论层面，它首次在四川麻鸭这一特色地方品种中，构建了从表型、遗传力到关键基因和通路的肉品质遗传调控网络，特别是将STK4、RALY等基因与鸭的肌内脂肪沉积联系起来，为禽类脂质代谢的分子机制研究提供了新线索。在应用层面，研究鉴定出的29个与IMF相关的显著SNP，特别是位于chr21:2210804的分子标记，以及STK4、DGAT2、RALY等关键候选基因，为四川麻鸭的分子标记辅助选择（MAS）和基因组选择（GS）提供了直接、高效的遗传工具。利用这些工具，育种家可以在早期、快速、准确地选留肉品质优良的个体，从而加速四川麻鸭肉品质的遗传改良进程，对于保护、开发和利用这一珍贵的地方鸭种遗传资源，培育具有自主知识产权的高品质肉鸭新品系，满足市场对优质鸭肉日益增长的需求，具有深远的战略意义。
