《Poultry Science》：Multi-omics analysis identifies key microbial taxa and host genes controlling abdominal fat deposition in chickens
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为解决肉鸡养殖中过量腹部脂肪沉积（AFD）带来的饲料转化效率低下、胴体品质下降等产业难题，研究人员开展了整合宿主基因组、盲肠菌群及血清代谢组的关联研究。研究发现Z染色体基因ENSGALG00010010675可通过调控Muribaculaceae菌群的丰度，改变山梨醇6-磷酸、没食子酸等关键代谢物，从而促进AFD；而Blautia等菌则通过调节3-羟基苯乙酸、7-甲基鸟嘌呤等代谢物水平抑制AFD。这为通过菌群干预和遗传选育降低肉鸡腹部脂肪提供了新靶点。
你是否好奇，为什么有些鸡看起来“大腹便便”，而另一些则体型匀称？在肉鸡产业中，过度的腹部脂肪沉积（Abdominal Fat Deposition, AFD）是一个令人头痛的经济难题。它不仅意味着大量饲料被转化成了消费者不想要的脂肪，降低了饲料转化效率，也影响了鸡肉的胴体品质和加工价值，给养殖业带来了显著的经济损失。尽管科学家们早已知道，遗传背景和肠道菌群都在脂肪沉积中扮演着重要角色，但鸡的腹部脂肪是如何“长”出来的？宿主的基因、肠道里数以亿计的微生物、以及血液中循环的代谢物质，这三者之间究竟存在着怎样复杂而精密的“对话”与“协作”？这个问题的答案，对于培育“瘦身”肉鸡、提升产业效益至关重要。
为了解开这个谜团，一组研究人员在《Poultry Science》上发表了一项深入研究。他们建立了一个包含205只70日龄黔东南小香鸡的实验群体，系统测量了其腹部脂肪重（Abdominal Fat Weight, AFW）等表型。随后，他们动用了多组学技术这一“组合拳”，对同一个体同时进行了全基因组重测序、盲肠内容物16S rRNA基因测序（用于菌群分析）以及血清非靶向代谢组学分析，构建了一个涵盖基因组、微生物组和代谢组的整合数据集。通过全基因组关联研究（Genome-Wide Association Study, GWAS）、随机森林、两步模型等多种生物信息学分析方法，研究人员得以像侦探一样，层层剖析宿主遗传和肠道菌群各自及协同对腹部脂肪沉积的贡献。
他们发现，鸡的腹部脂肪沉积受到两条相对独立的调控路径影响。一条路径的核心是一个位于Z染色体上的宿主基因ENSGALG00010010675。这个基因像一个“开关”，能够显著影响盲肠中一类名为Muribaculaceae的细菌家族的丰度。当这类细菌增多时，它们会改变宿主体内一系列关键代谢物的水平，包括促进山梨醇6-磷酸（sorbitol 6-phosphate）、黄嘌呤核苷5‘-单磷酸（xanthosine 5′-monophosphate）和没食子酸（gallic acid）的积累，而这些代谢物最终会推动腹部脂肪的沉积。这揭示了一条清晰的“宿主基因→肠道菌群→血清代谢物→表型”的调控轴。
与此同时，另一条路径则主要由肠道菌群“自主”驱动，与宿主遗传关系不大。研究人员鉴定出两个关键的“有益”菌属——Blautia和[Ruminococcus]_torques_group。它们的丰度与较低的腹部脂肪重量显著负相关。进一步分析表明，这些菌可能通过调节特定的血清代谢物来发挥“瘦身”作用，例如降低7-甲基鸟嘌呤（7-methylguanine）、O-乙基甲基硫代膦酸酯（o-ethyl methylphosphonothioate）和3-羟基苯乙酸（3-hydroxyphenylacetic acid）的水平。这些代谢物构成了菌群抑制脂肪沉积的潜在信号分子。
这项研究的重要意义在于，它首次在鸡中系统描绘了宿主基因、肠道菌群和血清代谢物三者互作共同调控腹部脂肪沉积的复杂网络。它不仅发现了一个新的Z染色体基因位点作为通过菌群影响脂肪沉积的关键遗传因子，还明确了Blautia等菌群作为独立于遗传的、可干预的降低脂肪沉积的靶点。这为肉鸡育种提供了双重策略：一方面可以通过遗传选育，筛选不利于脂肪沉积的基因型；另一方面，可以通过营养干预（如益生元、益生菌）调节肠道菌群组成，特异性富集像Blautia这样的“瘦菌”，从而在不改变遗传背景的前提下，经济、高效地减少肉鸡腹部脂肪，提升养殖效益和肉品品质。
为开展此项研究，研究人员主要运用了以下几项关键技术方法：首先，建立了由205只70日龄黔东南小香鸡组成的实验队列，采集了血液、血清和盲肠内容物样本，用于多组学分析。其次，利用全基因组重测序技术获取宿主的单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism, SNP）数据。第三，通过16S rRNA基因扩增子测序对盲肠菌群进行 profiling（谱系分析）。第四，采用基于液相色谱-质谱联用（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, LC-MS）的非靶向代谢组学技术分析血清代谢物。最后，整合这些数据，运用全基因组关联研究（GWAS）、微生物全基因组关联研究（microbial Genome-Wide Association Studies, mGWAS）、两步模型（two-part model）和随机森林（Random Forest）等生物信息学与统计学方法，系统解析了各层次数据与腹部脂肪重量之间的关联及互作网络。
研究结果
实验鸡群与表型
在70日龄时，205只鸡的腹部脂肪重量个体差异很大。腹部脂肪百分比在公鸡和母鸡间存在显著差异。相关分析表明，腹部脂肪重量与多数周龄体重呈正相关，但与所检测的六种血清细胞因子无显著关联，提示在此生长阶段炎症并非脂肪沉积的主要驱动力。
利用GWAS识别AFW的关键位点
腹部脂肪重量表现出中等遗传力。全基因组关联研究在放宽的显著性阈值下鉴定出46个与腹部脂肪重量相关的变异位点，其中27个位点富集在5号染色体上一个长链非编码RNA（long non-coding RNA, lncRNA）基因簇区域。
识别与AFW相关的盲肠菌群
通过16S rRNA测序共鉴定出大量扩增子序列变异（Amplicon Sequence Variants, ASVs）。菌群α多样性与腹部脂肪重量呈正相关。两步模型分析鉴定出34个与腹部脂肪重量显著相关的ASVs，其中26个呈正相关，8个呈负相关。正向相关的关键菌包括Muribaculaceae、Faecalibacterium和Lactobacillus；负向相关的关键菌包括Blautia和[Ruminococcus]_torques_group。
与AFW相关的血清代谢组特征
非靶向代谢组学共注释到大量代谢物。通过两步模型和随机森林分析的交集，最终确定了28个与腹部脂肪重量密切相关的共享代谢物。其中，甘油磷脂（Glycerophospholipids, GPLs）是占比最高的类别。还鉴定出包括7-甲基鸟嘌呤、3-羟基苯乙酸、山梨醇6-磷酸等多种有机酸和核苷酸衍生物。
盲肠菌群与代谢物因子之间的潜在因果关系
相关性网络分析发现，腹部脂肪重量相关菌群与相关代谢物之间存在广泛的关联。例如，Muribaculaceae和Faecalibacterium与山梨醇6-磷酸、没食子酸等代谢物正相关，而Blautia则与这些代谢物负相关，但与7-甲基鸟嘌呤等代谢物正相关。这些代谢物可能在菌群调控脂肪沉积中起桥梁作用。
宿主遗传对鸡AFW相关代谢物的影响
遗传力估计显示，28个腹部脂肪重量相关代谢物中有12个具有高遗传力，包括山梨醇6-磷酸、O-乙基甲基硫代膦酸酯等。部分代谢物（如3-羟基苯乙酸）遗传力极低，提示其可能主要受菌群等环境因素调控。
Z染色体位点通过调控Muribaculaceae促进AFD
在34个腹部脂肪重量相关菌群中，有15个表现出可遗传性，其中Muribaculaceae的四个ASVs遗传力尤其高。微生物全基因组关联研究（mGWAS）发现，Z染色体上一个包含基因ENSGALG00010010675的位点，与Muribaculaceae的两个ASVs丰度显著相关，解释了其表型变异的相当一部分。而Blautia等具有脂肪沉积抑制作用的菌群，其丰度则不具备遗传性，也未发现显著的关联位点。
研究结论与讨论
本研究系统阐明了鸡腹部脂肪沉积的多组学调控基础，揭示了两种主要的调控过程。一方面，宿主遗传通过Z染色体基因ENSGALG00010010675影响盲肠Muribaculaceae菌群的丰度，进而改变山梨醇6-磷酸、没食子酸等代谢物水平，构成一个“基因-菌群-代谢物”轴来促进脂肪沉积。另一方面，Blautia和[Ruminococcus]_torques_group等菌群独立于宿主遗传，通过调节7-甲基鸟嘌呤、3-羟基苯乙酸等特定血清代谢物，发挥抑制腹部脂肪沉积的作用。
讨论部分深入分析了这些发现的生物学意义。研究表明，菌群多样性和厚壁菌门/拟杆菌门比值与腹部脂肪沉积正相关，可能与菌群增强能量获取有关。研究明确了Muribaculaceae和Faecalibacterium作为促脂肪沉积菌，其协同作用可能通过增强能量收获来实现。而Blautia作为公认的有益菌，其抑脂作用可能通过产生特定代谢物或增强肠道屏障功能实现。代谢物分析突出了甘油磷脂的核心地位，并揭示了菌群广泛参与有机酸和核苷酸代谢物的调控。宿主遗传与菌群互作的分析则表明，不同菌群受遗传调控的程度不同，为联合利用遗传选育和菌群干预策略提供了依据。
该研究的重大意义在于，它不仅发现了调控脂肪沉积的新遗传位点和关键功能菌群，更重要的是描绘了它们通过代谢物相互联系的完整路径图。这为动物育种和营养学提供了新的视角：未来可以通过分子标记辅助选择，筛选不利于脂肪沉积的等位基因；同时，可以通过日粮配方设计，靶向性地促进Blautia等有益菌的生长，从而“双管齐下”，培育出脂肪沉积更少、饲料利用效率更高的“低碳”肉鸡新品种，具有重要的产业应用前景。当然，研究也存在一些局限，如样本群体单一、主要为相关性证据等，未来需要通过功能实验和更多独立群体进行验证和拓展。
