通过对长非编码RNA（lncRNAs）的比较转录组分析，揭示了白来航鸡（White Leghorn）和黑澳朗普鸡（Black Australorp）生长差异背后的调控网络

《Gene Reports》：Comparative transcriptomic profiling of long non-coding RNAs reveals regulatory networks underlying growth divergence in White Leghorn and Black Australorp chickens

比较转录组测序分析发现，白莱格亨鸡与黑澳洲咕咕鸡8周龄胸肌中存在6681个高置信度长链非编码RNA（lncRNAs），其中36个差异表达lncRNAs与生长相关，涉及能量代谢和肌肉重塑通路，揭示了lncRNAs调控鸡品系间生长差异的作用机制。

　　

J. Saalom King | T.X. Seena | Marykutty Thomas | P.M. Rojan | Jinty Sukumaran | K.A. Bindu

喀拉拉兽医与动物科学大学兽医与动物科学学院，印度特里苏尔曼努蒂，680 651

摘要

生长性能是家禽生产中的关键经济性状，影响着饲料效率和肉产量。虽然已经研究了肌肉发育过程中的转录组差异，但长链非编码RNA（lncRNAs）在白来航鸡（一种专门的产蛋品种）和黑澳尔索普鸡（一种多用途品种）之间的生长差异中的作用仍不甚明了。本研究通过比较这两种品种胸肌组织的转录组谱型，以识别与生长性状相关的lncRNAs。RNA-Seq和全面的生物信息学分析共鉴定出6681个高置信度的lncRNAs，其中包括36个差异表达的lncRNAs（DE-lncRNAs）。结构特征分析显示，这些lncRNAs通常较短（平均长度492个核苷酸），表达水平较低，并且在物种间保守性较差。共表达和蛋白质-蛋白质相互作用网络分析突出了与糖酵解和肌肉功能相关的枢纽基因，如GAPDH、TPI1和LDHB。预测目标基因的功能富集揭示了关键通路，包括果糖/甘露糖代谢和内肽酶活性，表明它们在能量代谢和肌肉重塑中起作用。值得注意的是，几个DE-lncRNAs位于与生长相关的数量性状位点附近，其潜在的目标基因参与肌肉完整性、细胞外基质形成和代谢调节。本研究首次提供了白来航鸡和黑澳尔索普鸡胸肌相关lncRNAs的全面目录，揭示了可能影响品种特异性生长的候选调控分子。这些发现为家禽肌肉发育中的lncRNA介导的基因调控提供了宝贵的见解，并为家禽育种中的遗传改良策略提供了新的方向。

引言

红原鸡（Gallus gallus）在亚洲的驯化可以追溯到公元前8000年至5400年，这标志着家禽育种的开始以及多种鸡品种通过自然选择和人工选择而多样化（Xiang等人，2014年）。其中，白来航鸡（WL）已成为最广泛使用的商业产蛋品种之一。尽管其确切的遗传谱系尚未完全确定，但该品种起源于意大利（Spalona等人，2007年），以其卓越的产蛋性能、较高的饲料转化率（FCR）、快速的体重增长和较高的第一个蛋的重量而闻名（Assefa Balcha，2023年）。其积极的觅食行为和适应性使其适合多种生产系统（Senbeta，2017年）。相比之下，本土或多用途品种通常表现出更强的抗逆性、疾病抵抗力和孵卵行为，但总体上生产力较低、繁殖效率也较低。为了增强这些性状，引入了如白来航鸡这样的外来品种或与当地鸡进行杂交以改善遗传潜力（Nigussie，2011年）。然而，高产蛋品种的雄性雏鸡由于产蛋量与生长速度之间的负相关，不太适合用于肉生产（Buzala和Janicki，2016年）。黑澳尔索普鸡（BA）是一种耐寒的多用途品种，因其光亮的羽毛、温顺的性格以及在产蛋和肉生产方面的出色表现而受到重视（El-Sayed等人，2019年；Lin等人，2022年）。其较高的肌肉质量、饲料效率和适应性使其成为研究生长相关性状的重要遗传资源。8周龄的生长阶段是鸡骨骼肌发育加剧的关键时期，这一阶段非常适合识别与生长相关的调控基因和长链非编码RNA（lncRNAs）。

下一代测序（NGS）技术通过实现高通量、低成本的RNA分子分析，彻底改变了分子生物学，为基因表达、可变剪接和非编码RNA调控提供了见解（Lasda和Parker，2014年；Li和Liu，2019年；Choi等人，2019年；Lucchinetti和Zaugg，2020年）。RNA测序（RNA-Seq）表明，尽管只有约2%的基因组编码蛋白质，但转录组的大部分由非编码RNA（ncRNAs）组成（Cloonan等人，2008年）。基因组注释的进步也导致许多先前被认为是蛋白质编码的基因被重新分类为非蛋白质编码转录本（Ponting等人，2009年）。在ncRNAs中，长链非编码RNA（lncRNAs）是长度超过200个核苷酸（nt）的单链RNA分子，它们通过染色质重塑、转录干扰和mRNA稳定等机制成为基因表达的关键调节因子（Wilusz等人，2009年；Zhang等人，2013年）。lncRNAs来自不同的基因组区域，通常包含比蛋白质编码基因更少的外显子，并且表达水平较低，这增加了它们的识别难度（Iyer等人，2015年）。编码潜力和进化保守性分析用于区分lncRNAs和mRNAs（Dinger等人，2008年）。有趣的是，一些lncRNAs编码小的功能性肽，扩大了它们的生物学相关性（Da Sacco等人，2012年；Kopp和Mendell，2018年）。

lncRNAs通过多种机制作为基因表达的重要调节因子。它们可以作为竞争性内源性RNA（ceRNAs），通过与microRNAs结合来调节肌生成基因的表达，如lnc-MD1所示（Cesana等人，2011年）。此外，lncRNAs可以在顺式或反式方式调节基因表达，并影响细胞过程，如线粒体功能和肌肉萎缩，例如lncEDCH1（Cai等人，2022年）。某些lncRNAs与染色质修饰复合物相互作用，如lncRNA-SYISL，通过与多梳抑制复合物2的相互作用来调节肌母细胞增殖和分化（Jin等人，2018年）。这些发现突显了lncRNAs在骨骼肌发育中的多种调控作用。

在家禽中，只有少数lncRNAs的功能得到了充分研究。一些lncRNAs与关键生物过程有关，包括骨骼肌发育（Li等人，2017年）以及肝脏和脂肪组织的调节（Muret等人，2017年）。骨骼肌的形成是一个复杂的多阶段过程，涉及肌母细胞的增殖、融合和分化为肌纤维（Luo等人，2013年）。在哺乳动物中，核lncRNAs通过与转录因子（TFs）和肌生成调控因子（MRFs）的相互作用来调节这些过程，例如linc-YY1（Lu等人，2013年）、lncRNA-SYISL（Jin等人，2018年）、lncRNA-SMARCD3-OT1（Zhang等人，2022年）和lnc-RAM（Yu等人，2017年；Lv等人，2022年）。然而，在家禽中类似的机制仍然很大程度上未被探索。新兴证据表明，lncRNAs通过顺式和反式机制调节基因表达。顺式作用的lncRNAs调节同一染色体上约100 kb范围内的基因，而反式作用的lncRNAs影响远距离或不同染色体上的基因（Han等人，2012年；Engreitz等人，2016年；Quinn和Chang，2016年）。转录组分析成功揭示了生长和生产性状的分子通路。例如，Shao等人（2022年）在选育出不同体重的鸡中鉴定了与生长和代谢相关的基因，而Chen等人（2015年）则表征了影响具有不同表型鸡肌肉生长的关键基因。基于这些基础，本研究采用比较转录组方法研究了白来航鸡和黑澳尔索普鸡之间的生长差异的分子机制。通过将RNA-Seq数据与严格的生物信息学流程相结合，我们鉴定了差异表达的lncRNAs（DE-lncRNAs）并构建了潜在的顺式和反式调控网络。本研究为lncRNAs在肌肉生长调节中的作用提供了新的见解，并为家禽育种计划中的遗传改良提供了宝贵的知识。

伦理批准

所有实验程序均按照印度政府动物实验控制与监督委员会（CPCSEA）的指南进行。该研究在特里苏尔曼努蒂的大学家禽和鸭场（UPDF）的实验棚内进行 - 680,651（注册号328/GO/ReBt-S/Re-L/01/CPCSEA，日期2022年10月3日）。

实验动物、组织收集和RNA提取

本研究使用了来自该大学的四只8周龄的雄性鸡（两只白来航鸡和两只黑澳尔索普鸡）。

表型测量

在本研究中，记录了两只8周龄的黑澳尔索普鸡（BA）和两只白来航鸡（WL）的胸肌重量和总体重量。黑澳尔索普鸡的胸肌重量分别为89克（AB1）和98克（AB2），而白来航鸡的胸肌重量分别为85.5克（WB1）和84克（WB2）。相应地，黑澳尔索普鸡的体重分别为910克和928克，而白来航鸡的体重分别为750克和738克。这些观察结果表明它们的生长性能相对较高。

讨论

在家禽和其他牲畜物种中的比较转录组研究一致表明，基因调控在决定骨骼肌生长和发育中起着核心作用。先前的研究在鸡（Chen等人，2019年）、鸭（Hu等人，2021年）、猪（Shen等人，2015年）和牛（Guo等人，2015年）中不同发育阶段表征了基因表达谱型，为肌肉形成的分子基础提供了见解。

结论

本研究首次提供了关于8周龄白来航鸡和黑澳尔索普鸡胸肌中长链非编码RNA（lncRNAs）调控作用的研究。在白来航鸡和黑澳尔索普鸡的胸肌中鉴定出总共6681个lncRNAs，其中包括36个可能与肌肉生长和代谢调节相关的差异表达转录本。

缩写列表

AB
黑澳尔索普鸡（指样本AB1、AB2）
ATP
三磷酸腺苷
BA
黑澳尔索普鸡
BLAST
基本局部比对搜索工具
bp
碱基对
CC
细胞组分（基因本体论）
cDNA
互补DNA
ceRNA
竞争性内源性RNA
ChChd3
含卷曲-螺旋-卷曲-螺旋结构域的蛋白质3
CNCI
编码-非编码指数
CPC2
编码潜力计算器2
CPCSEA
动物实验控制与监督委员会
CPM
每百万计数
DEGs
差异表达基因
DE-lncRNAs

CRediT作者贡献声明

J. Saalom King：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，调查，正式分析。 T.X. Seena：调查，资金获取，概念化。 Marykutty Thomas：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，资源管理。 P.M. Rojan：监督，软件，方法学。 Jinty Sukumaran：验证，调查。 K.A. Bindu：监督，项目管理。

资助

本研究由喀拉拉兽医与动物科学大学（KVASU）资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。