《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Transcriptomic and metabolomic analyses of the livers of high- and low-egg-producing pigeons
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产蛋机制与肝脏代谢关联性研究通过转录组与代谢组学整合分析，发现高产鸽肝脏中PRLR、HMGCR等关键基因及forskolin、methionine等代谢物显著影响产蛋性能，揭示了基因-代谢物协同调控网络。
陈慧|张斌|王曼曼|傅一谦|李静|赵凯凌|陈玉飞|宋玉杰|李云海|徐珊金|戴定珍
南京金陵工业大学动物科学与食品工程学院，中国南京210038
摘要
鸡蛋产量是评估家禽繁殖效率的重要指标。肝脏作为重要的代谢器官，对家禽的繁殖和产蛋鸟类的整体生产力至关重要。在这项研究中，我们通过转录组学和代谢组学分析以及对高产和低产鸽子肝脏组织的综合评估，探讨了不同家禽物种在鸡蛋生产机制方面的各种因素，以研究肝脏在鸡蛋生产过程中的生物合成过程，并识别关键基因和代谢途径。在低产组和高产组之间共发现了1380个差异表达基因（DEGs）。低产组有670个上调基因和710个下调基因。在转录组中，有5个基因与鸡蛋生产相关：PRLR、HMGCR、CDK6、PTGR1和RBPJ。被确定为最显著的途径包括细胞因子-细胞因子受体相互作用、PI3K-AKT和JAK-STAT信号通路。在229个显著差异丰富的代谢物（DAMs）中，有71个上调，158个下调，其中福斯科林（forskolin）、蛋氨酸（methionine）、前列腺素F2α和腺苷5′-二磷酸（adenosine 5′-diphosphate）被认为是与繁殖相关的关键代谢物。通过整合转录组学和代谢组学数据，我们发现了特定DEGs与DAMs之间的相关性，揭示了参与鸡蛋生产的显著基因-代谢物对，即PRLR-前列腺素F2α和PRLR-腺苷5′-二磷酸。这些新知识大大增强了我们对高产和低产鸽子肝脏生理学分子差异的理解，并为未来研究家禽产蛋性能的机制基础提供了有价值的理论框架。
引言
鸽子蛋因其独特的风味和在全球许多地区的多种烹饪用途而备受推崇。这些鸡蛋含有超过9%的粗蛋白以及人类所需的8种必需氨基酸（EAAs）。此外，必需氨基酸占总氨基酸（TAAs）的比例超过45%，超过了FAO/WHO设定的40%的理想标准。与其它类型的家禽蛋相比，鸽子蛋具有更强的凝胶强度、出色的保水能力和清晰的外观，在质地和视觉吸引力方面都有显著优势（Yang等人，2023年；Zhang等人，2025年）。尽管具有这些优点，鸽子蛋产业面临的主要限制是产量有限。鸽子的自然繁殖模式是一次产两枚蛋，且繁殖周期长达近两个月，包括非繁殖期、交配期、孵化期和雏鸽养育期，这些因素共同导致了相对较低的年产量（Wang等人，2025a）。在商业养殖场中，采取了将产蛋鸽子关在配对笼子里以及系统性地移除产下的蛋等管理策略，以尽量缩短两次产蛋之间的间隔并提高产量。然而，即使在这些优化条件下，一对典型的繁殖鸽子每年也只能产约60枚蛋（Wang等人，2017年；Chang等人，2018年）。这一限制部分是由于连续两次产蛋之间需要大约10-20天的间隔（Dijkstra等人，2010年）。先前的营养研究表明，包括含有0.78%赖氨酸或0.90%钙（Ca）的饮食干预措施可以有效缩短产蛋间隔并提高产蛋率（Chang等人，2018年；Chang等人，2019年）。此外，补充亚硒酸钠也被证明可以提高繁殖性能，表现为产蛋量和孵化率的增加（Wang等人，2017年）。因此，研究鸽子蛋生产的调控机制和关键调控因素对于改善其产蛋性能非常重要。
肝脏被认为是家禽物种中的主要代谢器官，负责鸡体内超过70%的脂肪酸从头合成（O'hea和Leveille，1968年；Wang等人，2014年）。它在脂质的合成、降解和运输中发挥着关键作用。在产蛋周期中，疏水性脂质成分（包括三酰甘油、胆固醇酯和游离脂肪酸）在肝脏中产生，随后组装成卵黄前体颗粒，如极低密度脂蛋白（VLDL）和卵黄生成素（vitellogenin）。这些颗粒随后被分泌到全身循环系统中，并输送到发育中的卵细胞中，为胚胎的生长和发育提供必要的营养（Brady等人，1976年；Wiskocil等人，1980年；Walzem等人，1999年）。据推测，鸽子体内的生理机制类似，表明肝脏功能对其产蛋过程同样重要。
提高产蛋能力是育种中的一个关键目标，传统的育种方法可以在一定程度上提高鸽子蛋的产量，尽管进展较为缓慢。因此，评估每一代所取得的遗传改进程度具有挑战性（Biscarini等人，2010年）。转录组测序技术提供了单核苷酸水平的全面转录组数据（Sultan等人，2008年）。目前，转录组测序被用于确定与家禽肝脏产蛋相关的候选基因和途径（Li等人，2015年）。然而，转录组学主要揭示了遗传调控机制，未能直接捕捉到生物体的动态代谢状态。这限制了其在揭示特定表型相关途径方面的有效性。代谢组学与表型表达更为紧密相关，通过分析内源性小分子代谢物，可以更直接和准确地反映生物体的生理状况（Wu等人，2019年；Yang等人，2021a）。Yuan及其同事的一项研究探讨了鹅的卵泡发育过程中硬脂酰辅酶A去饱和酶（SCD）的代谢组谱，并确定胆固醇和泛醇/泛酸作为研究颗粒层细胞中SCD相关脂质代谢的潜在代谢物生物标志物（Yuan等人，2020年）。因此，结合使用代谢组学和转录组学来研究肝脏功能是一种更全面和有效的策略，有助于解码驱动产蛋的复杂机制。在各种动物模型中已经展示了广泛的转录组学和代谢组学数据集的成功整合。例如，一项全面的多组学研究报道了一个影响恩施黑猪肉质量的复杂分子调控网络（Zhan等人，2022年）。同样，Sun等人结合了代谢组学和转录组学信息，发现了喂食不同农业副产品的奶牛肝脏代谢的微妙变化（Sun等人，2018年）。
“东辰1号”是由南京东辰鸽业有限公司开发的一种高产产蛋鸽子，其特征是高产蛋量和优质的鸡蛋。最常见的产蛋鸽子是银王（Silver King）品种，该品种肉质和鸡蛋质量优异，但产蛋性能较低。在这项研究中，银王品种被用作低产蛋模型的代表。高产组（东辰1号）和低产组（银王）之间的产蛋性能差异为探究潜在的分子机制提供了合适的比较模型。本研究对这两个不同组别的产蛋鸽子的肝脏组织进行了同时的转录组学和代谢组学分析。预计这些发现将为了解家禽肝脏中参与鸡蛋生产的分子调控机制提供新的视角，并强调在相关农业和生物学研究中采用全面多组学策略的重要性。
部分内容摘录
动物和样本收集
在一家商业鸽子养殖场（南京东辰鸽业有限公司，中国南京）使用美国银王（American Silver King）品种培育出了这种家养产蛋鸽子。这些鸽子被提供通过高温挤出方法生产的颗粒状饲料，这些饲料的设计符合或超过了当地生产商设定的营养标准以及早期研究中的标准（Chang等人，2018年）。它们被饲养在16小时光照：8小时黑暗的环境中
代谢组学的质量控制与主成分分析
对高产和低产鸽子的肝脏组织进行了代谢组学分析，以识别生化变化（n=6）。二维PCA分析在负向（图1A）和正向（图1B）模型中清晰地展示了代谢物在两组之间的分布趋势。此外，在PLS-DA得分图（图1C）和OPLS-DA得分图中也明显区分了高产组和低产组之间的代谢差异
讨论
鸡蛋产量是一个复杂的性状，是评估家禽繁殖性能的主要指标。肝脏在营养代谢、脂质合成和卵黄前体生产中的核心作用使其成为理解控制产蛋效率机制的关键器官。本研究采用了双组学策略，结合转录组学和代谢组学，对具有不同产蛋能力的鸽子肝脏组织进行了比较分析
结论
本研究利用转录组学和代谢组学技术研究了产蛋能力不同的鸽子的肝脏，探讨了可能影响鸡蛋生产过程的基因，如PRLR、HMGCR、CDK6、PTGR1和RBPJ，以及重要的肝脏代谢物福斯科林（forskolin）、蛋氨酸（methionine）、前列腺素F2α和腺苷5′-二磷酸（adenosine 5′-diphosphate）。此外，通过基因和代谢物关联分析，我们识别出了两个关键的代谢物对
CRediT作者贡献声明
陈慧：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，方法学，正式分析，数据管理，概念构思。王曼曼：验证，调查。傅一谦：方法学，正式分析。李静：方法学，调查。赵凯凌：方法学，调查。陈玉飞：方法学，调查。宋玉杰：方法学，调查。李云海：方法学，调查。徐珊金：撰写 – 原稿，调查，资金获取，
资助
本研究得到了江苏省重点研发计划（现代农业）项目（BE2022315）、南京市农业特色产业全产业链关键技术产业化研究项目（2025NJCXGG07）和江苏省产学研合作项目（技术副类别）：绿色高产鸽子关键技术研发（2024320129000221）的支持。
