《Poultry Science》：Integrative Analysis of CUT&Tag-seq and RNA-seq Reveals Widespread H3K27ac Upregulation Associated with the Activation of Muscle-Growth-Related Transcriptional Programs in Broiler Breast Muscle
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为探究长期选育如何重塑肉鸡的分子适应机制，研究人员整合表观基因组与转录组学技术，比较了白羽肉鸡与文昌鸡的H3K27ac修饰谱和基因表达。结果表明，肉鸡胸肌中存在广泛的H3K27ac上调，这些修饰区域富集于MEF2B/SIX1结合基序并邻近mTOR、MAPK等肌肉生长通路基因，其转录也显著激活。研究揭示了高代谢能量摄入导致乙酰辅酶A积累，进而驱动H3K27ac沉积并激活肌肉生长通路的潜在代谢-表观-转录调控轴，为动物遗传改良机制提供了新见解。
在现代家禽养殖业中，白羽肉鸡因其惊人的生长速度和饲料转化效率而成为产业支柱。与之形成对比的是，像文昌鸡这样的地方品种，虽然风味独特，但生长相对缓慢。这种巨大的性状差异是数十年高强度人工选择和营养优化的结果。但一个核心的生物学谜题随之而来：除了遗传层面的变化，表观遗传调控——即不改变DNA序列、却影响基因表达的分子机制——是否也在肉鸡的快速生长中发挥了系统性的作用？具体来说，组蛋白修饰作为连接细胞代谢状态与基因活性的关键界面，是否已被肉鸡的育种历史所重塑？长期以来，关于“代谢-表观遗传-转录”这条调控轴线如何驱动动物经济性状形成的系统性研究仍然有限。
为此，研究人员在《Poultry Science》上发表了他们的研究。他们通过整合H3K27ac CUT&Tag-seq和RNA-seq技术，比较了7日龄的白羽肉鸡与文昌鸡胸肌组织。研究主要揭示了肉鸡胸肌中全局性的组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化(H3K27ac)水平显著上调，这一表观遗传改变与能量代谢增强、关键肌肉生长信号通路激活密切相关。研究提出，肉鸡更高的代谢能量摄入导致细胞内乙酰辅酶A(acetyl-CoA)水平升高，作为H3K27ac修饰的底物，驱动了肌肉生长相关基因区域的组蛋白乙酰化，从而激活转录程序，形成一个连接代谢、表观遗传、转录与肌肉生长的潜在调控轴。这为理解动物育种过程中表观遗传景观的协同变化提供了新视角。
在技术方法上，研究采集了7日龄雄性白羽肉鸡和文昌鸡的胸肌样本。通过商业饲养手册数据计算了两种鸡的相对采食量与代谢能量摄入。利用RNA-seq技术进行转录组分析，鉴定差异表达基因。采用H3K27ac CUT&Tag-seq技术描绘全基因组范围内的H3K27ac修饰图谱，并鉴定差异修饰峰。使用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测胸肌组织中的乙酰辅酶A浓度。通过qRT-PCR和CUT&Tag-qPCR对关键结果进行了验证。
研究结果
肉鸡表现出更高的代谢能量摄入
研究首先证实，在7日龄时，肉鸡的体重是文昌鸡的2.73倍。即便在相同体重下，肉鸡的日相对采食量和日代谢能量摄入也始终高于文昌鸡。这说明肉鸡不仅吃得更多，而且能将更多的能量导向肌肉沉积。
7日龄肉鸡胸肌表现出显著升高的H3K27ac
对胸肌进行的H3K27ac CUT&Tag测序数据显示，H3K27ac信号富集在基因的转录起始位点(TSS)附近。主成分分析(PCA)显示，两种鸡的H3K27ac修饰谱完全分离。差异峰分析发现，肉鸡中有2325个H3K27ac修饰峰显著上调，而仅有142个下调峰，上调峰数量是下调峰的16.37倍，表明肉鸡胸肌在全局水平上存在显著的H3K27ac上调。
差异H3K27ac峰富集在肌肉生长相关基因附近
通过将差异峰注释到最近的基因，研究人员发现这些基因显著富集于与肌肉发育和代谢相关的通路中，例如mTOR、MAPK、TGF-β、钙离子信号通路以及细胞骨架组织等。此外，这些差异修饰峰在序列上显著富集了MEF2B和SIX1这两种肌源性转录因子的结合基序，提示这些因子可能指导H3K27ac在特定基因组位点的沉积。
转录组分析揭示了7日龄肉鸡胸肌中活跃的能量代谢和肌肉生长
转录组分析发现，在肉鸡胸肌中，共有940个基因上调表达。这些上调的基因主要富集于脂质代谢（如PPAR信号通路、过氧化物酶体）和肌肉发育（如肌细胞分化、横纹肌细胞分化、肌动蛋白细胞骨架组织）相关通路。同时，细胞周期、DNA复制与修复等相关基因则普遍下调，表明肉鸡胸肌的生长更多依赖于细胞肥大（蛋白质合成）而非细胞增殖。
H3K27ac富集与肉鸡胸肌中的基因表达强相关
在差异H3K27ac峰相关的1639个基因中，有459个是差异表达基因，其中367个上调。重要的是，82.1%的基因其表达变化方向与H3K27ac修饰变化方向一致（即上调的H3K27ac伴随基因表达上调）。这些受H3K27ac调控的基因同样富集于mTOR、FoxO、MAPK、钙离子等肌肉生长相关通路。通过CUT&Tag-qPCR对关键基因MYOM2、LMOD2和SKI进行验证，证实了肉鸡中这些基因位点的H3K27ac信号确实更高。
乙酰辅酶A浓度升高与肉鸡胸肌更高的H3K27ac水平相关
研究人员探讨了H3K27ac升高的可能原因。转录组数据显示，组蛋白乙酰转移酶(HAT)和去乙酰化酶(HDAC)的表达在两种鸡之间没有显著差异。然而，生化检测发现，肉鸡胸肌中的乙酰辅酶A浓度是文昌鸡的1.46倍。这表明，肉鸡胸肌中H3K27ac的上调并非由酶的表达量变化驱动，而更可能与作为底物的乙酰辅酶A水平升高有关。
结论与讨论
该研究的结论表明，与文昌鸡相比，商品化肉鸡在胸肌中表现出H3K27ac的广泛上调。这些差异修饰的H3K27ac峰显著富集在肌肉生长相关基因附近，并伴随着这些基因转录的一致上调，表明增强的乙酰化修饰与肌肉生长相关转录程序的激活密切相关。此外，上调的乙酰化峰富集于能够招募组蛋白乙酰转移酶的转录因子基序，为靶向性乙酰化提供了潜在机制。最后，研究提出肉鸡胸肌中显著更高的乙酰辅酶A水平可能促进了组蛋白乙酰化水平的提升。
综合全文，研究提出一个潜在的代谢-表观遗传调控模型来解释肉鸡的快速生长：在高代谢能量摄入和代谢状态下，细胞内乙酰辅酶A水平增加，为组蛋白乙酰化提供了充足的底物；同时，MEF2B、SIX1等肌源性转录因子结合到特定位点，招募组蛋白乙酰转移酶，建立起局部高水平的H3K27ac；这一系列变化共同激活了mTOR、MAPK、TGF-β等核心肌肉生长信号通路，最终驱动了能量向肌肉的高效转化和快速沉积。该研究揭示了组蛋白修饰在动物育种过程中也可能发生系统性的协同转变，为理解动物遗传改良的分子机制提供了一个连接代谢、表观遗传学、转录和表型的新视角。
