产蛋性能在家禽中具有重要的经济意义，但其潜在的遗传机制尚不清楚。
2024年8月16日，河南农业大学
刘小军、
康相涛
，
李红及
中国农业大学
赵毅强
共同通讯
在
Nature Communications
在线发表题为
“
Genome-wide variation study and inter-tissue communication analysis unveil regulatory mechanisms of egg-laying performance in chickens
”
的研究论文，
该研究
揭示了鸡产蛋性能多组织协同调控的分子机制，并为鸟类生殖调控提供了重要的见解。
研究对不同产蛋率的母鸡进行了多组学和多组织整合研究，以检测枢纽候选基因并构建影响产蛋表型差异的枢纽分子网络。研究确定了三个中心候选基因作为产卵促进因子：促进下丘脑神经元细胞GnRH分泌的TFPI2；CAMK2D，促进垂体细胞分泌FSHβ和LHβ；OSTN，促进颗粒细胞增殖和性类固醇激素的合成。
研究通过组织间串扰分析揭示了与产蛋有关的关键内分泌因子，并证明肝因子APOA4和脂肪因子ANGPTL2都可以通过与下丘脑-垂体-卵巢轴的组织间通讯来增加产蛋。
产蛋性状在家禽业中具有重要的经济意义。
经过长期的育种选择，商品蛋鸡的年平均产蛋数明显高于地方品种。为了了解控制产蛋性能的潜在遗传基础，世界各地已经进行了许多尝试。通过数量性状位点定位和全基因组关联研究(GWAS)，在不同品系和F2资源群体中发现了大量的遗传变异和180多个候选基因，这些基因在基因组水平上与首蛋龄、蛋数、产蛋率和卵数等产蛋性状显著相关。
然而，最大效应变异仅占产蛋性状表型变异的5.6%，还有大量其他影响较小的候选基因和位点有待挖掘。
同时，对表型差异较大的品种进行选择性扫描分析，探索与产蛋性能相关的基因组区域和基因。
通过对下丘脑-垂体-卵巢(HPO)轴和不同层次卵泡组织的比较转录组分析，发现了一些可能参与鸡生殖发育、产蛋差异、卵泡选择和生殖激素合成的候选基因和信号通路，为研究鸡产蛋性能的调控机制提供了潜在的基础。然而，只有少数已知参与生殖调节的候选基因已被确定。特别是，一些遗传因果基因表现出组织偏向性，这使得仅用上述一种方法或单个组织难以识别影响复杂性状的因果基因和分子机制。多组织多组学系统生物学方法可以更有效地识别影响复杂性状的因果基因，它提供了对生物体系统复杂性的整体理解，并从表型相关组织中以分子网络的形式推断出分子相互作用。
该方法成功地为人类复杂疾病的综合分析和药物靶点的检测提供了便利。
提出hub候选基因和关键内分泌因子调控鸡产蛋表型的机制（图源自
Nature Communications
）
事实上，产蛋性状是多个组织高度协调调控的结果，不仅受HPO轴组织的直接控制，还受其他外周组织的间接调控。
积累的证据表明，肝脏和腹部脂肪作为能量储存和脂质动态变化的重要组织，与HPO轴的发育成熟和卵磷脂物质的沉积密切相关，从而调节产蛋性能。值得注意的是，多组织对生殖调节的协同作用是通过组织间的信号交流来实现的。内分泌因子作为组织间信号串扰的桥梁，在代谢、免疫系统功能和生殖过程等生理方面得到了广泛的研究。
系统分析多组织转录组与其他组学的结合，将有助于全面分析家禽产蛋的分子调控机制。
研究首先进行了基于多品种基因组重测序的多方法GWAS和选择性扫描分析，以确定与产蛋性状有关的遗传信号和候选基因。
随后，研究对高产鸡和低产鸡的下丘脑、垂体、卵巢、肝脏和腹部脂肪进行了多组织比较转录组分析。通过对上述基因组学和转录组学研究的综合分析，系统地挖掘了产蛋相关枢纽候选基因(HCGs)。然后，研究采用定量内分泌网络相互作用估计(QENIE)策略来识别与产蛋相关的关键内分泌因子。在此基础上，研究构建了
HCGs
在多组织内的分子调控网络，验证了其在HPO轴组织原代细胞中的功能，并在体内通过组织特异性的过表达探索了关键内分泌因子调控产蛋的组织间通讯机制。
研究结果揭示了鸡产蛋性能的协同相互作用的分子网络和调控机制，并将为探索其他复杂性状的遗传基础开辟新的视角。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-50809-9
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