2. 武汉市农业科学院畜牧兽医研究所, 武汉 430000
, CHEN Xing2, LIN Yanning1, HUANG Xiaoxian1, HONG Lingling1, WANG Feng1, SUN Ruiping1, ZHANG Yan1, LIU Hailong1, ZHENG Xinli1
, CHAO Zhe1
2. Insitute of Animal Husbandry and Veterinary, Wuhan Academy of Agricultural Science, Wuhan 430000, China
随着农业生产的发展和农业科技的进步，鸡已经成为全国乃至全球饲养最广泛的重要家禽。2018年全球鸡蛋产量为7 090万吨，中国占世界产量的35%[1]。近年来，中国高度重视种业发展，畜禽资源保护是畜牧产业的基础。文昌鸡是一种海南地方肉鸡品种，产于海南省文昌县，具有肉质滑嫩，皮薄骨酥，香味浓郁的特点。文昌鸡作为海南省的一个优良禽类品种，对家禽优势性能选育具有重要价值。文昌鸡能够提供优质肉类，但是产蛋量并不占优，因此，期望通过研究文昌鸡进化过程的特征从而深入理解影响产蛋性能的因素，为文昌鸡优良品种选育提供基础。
鸡蛋的营养成分对人类健康很重要[2]，鸡蛋的氨基酸模式符合人体的蛋白质模式，更有利于吸收[3-4]。人体自身不能合成必需氨基酸，只能从食物中摄取。鸡蛋的营养价值丰富，除了含有人体需要的8种必需氨基酸(包括赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸)，还含有丰富的卵磷脂及胆碱，有利于神经系统和身体发育[5-6]。鸡蛋中的缬氨酸在调控蛋白质合成、脂质代谢、葡萄糖代谢、抗氧化防御和免疫等方面发挥重要作用[7]，而且饲料中不同比例缬氨酸能够导致产蛋量差异显著[8]。游离氨基酸对营养价值和食物口感有重要影响，通过研究不同鸡品种的鸡蛋，分析游离氨基酸对鸡蛋性状、蛋黄氨基酸和蛋白氨基酸的遗传影响，结果表明，游离氨基酸在不同品种间有显著差异，而且卵黄天冬氨酸具有显著的杂种优势效应[9]。此外，精氨酸、谷氨酰胺和谷氨酸是鸡蛋胚液中丰富的游离α-氨基酸，能够支持胚胎较高的组织蛋白合成率和生长速度[10]。不同种类的禽类产蛋进化过程差异很大。通过比较家鸡、鸭、鹅、火鸡、鹌鹑和鸽子的蛋品质、蛋白物理和营养特性，结果表明，蛋重、蛋形、蛋黄比例、破断强度等性状在不同种属间差异显著，谷氨酸含量在所有种类中最高，鸡、鸭、鹅、鹌鹑、火鸡蛋的氨基酸组成具有较高的相似性[11]。这些数据将提高对主要家禽品种蛋品质和营养成分的认知，并有助于研究鸡蛋的产蛋进化过程及营养代谢调控机制。
产蛋性能受到多种因素影响，包括饲料成分、环境条件、遗传变异等。母鸡在不同发育阶段需要的营养物质和含量不同，均衡的营养配比是提高产蛋性能的关键。不同饲料成分对鸡蛋氨基酸的影响不同，与蛋白氨基酸相比，蛋黄氨基酸受品种和饲料的影响相对较小[12]，然而且饲料中不同比例的缬氨酸对鸡蛋的重量有较大影响[13]。除了品种和饲料，矿物质也在鸡蛋形成过程发挥重要作用。正常钙水平饲料可以增加海兰褐蛋鸡在产蛋晚期的产量，促进蛋壳内钙沉积和提高蛋壳质量[14]。另外，激素在鸡蛋形成过程中也发挥重要作用。例如，在母鸡中，雌激素刺激肝脏表达大量的蛋黄蛋白、载脂蛋白和卵黄原蛋白，并在产蛋过程中转运到输卵管[15]。肾上腺素参与调控卵巢发育[16]，促性腺激素抑制激素通过结合促黄体激素、催乳素等激素影响开产日期、受精率、产蛋量[17]。
全基因组重测序在畜禽养殖领域已经有广泛应用，例如通过该技术筛选白羽鸡受精率和产蛋率的候选基因[18]，检测到与经济性状相关的8个拷贝数变异[19]，有助于评估商业鸡种群不同变异位点和连锁不平衡的模式[20]。此外，采用全基因组重测序对文昌鸡的种群多态性进行分析，结果表明文昌鸡种群整体遗传多态性较高，但是不同群体存在分化[21]。褪黑素是光照与生殖系统协调关系中重要的激素信号，从各个方面影响生殖功能，文昌鸡褪黑素受体基因8个SNPs对开产日期和产蛋数量有显著加性效应[22]。江汉鸡属于湖北省肉蛋兼用型地方品种鸡，具有较高的肉蛋产品品质，根据体貌特征、体重、产蛋量等表型，结合分子标记辅助选择育种，江汉鸡的产蛋量得到显著提高，遗传性能稳定，已经培育成具有优良生产性能的肉蛋兼用型品种鸡[23]。本研究主要分析文昌鸡进化过程中产蛋性能相关的影响因素，为了排除其它因素的干扰，需要选择生长性能遗传背景相似而产蛋性能差异较大的品种作为对比。江汉鸡和文昌鸡都具有体型小、肌肉品质高等特点，但是产蛋性能差异较大，因此选择江汉鸡作为分析文昌鸡群体变异的参考品种。目前虽然已经有一些关于文昌鸡产蛋相关基因功能的报道，但是仍然缺乏对文昌鸡进化历程中产蛋性能影响因素的研究。本研究将采集35只文昌鸡和30只江汉鸡血液样本，提取DNA，进行全基因组重测序，筛选文昌鸡受到强烈选择区域的基因，分析突变位点的结构和功能，研究文昌鸡产蛋性能的分子进化机制。
1 材料与方法 1.1 样本采集和DNA提取本研究所需文昌鸡和江汉鸡样本分别采自海南省澄迈县文昌鸡保种场和湖北省武汉市誉业农民养殖专业合作社，采集35只文昌鸡(35周龄，15公、20母)和30只江汉鸡(35周龄，10公、20母)的血液组织各3 mL，液氮速冻，置于-20 ℃冰箱，用DNA提取试剂盒(DNeasy Blood & Tissue Kit，QiaGen，Cat.No./ID: 69504)提取DNA。
1.2 建库测序和数据过滤建库测序委托深圳华大基因股份有限公司完成，每个样本至少用1 μg基因组DNA构建文库，建库步骤包括DNA用超声波打断得到350 bp左右小片段，加尾，加adapters，然后进行PCR扩增和纯化，并用实时荧光定量PCR定量。构建的PE150文库上机测序，测序平台是DNBSEQ-T7，平均每个样本测序深度>25×。测序数据采用trimmomatic软件去掉adapters和低质量序列[24]，过滤得到的高质量序列比对到鸡的参考基因组(bGalGal1 maternal broiler GRCg7b)，获得sam格式文件，进一步用samtools软件将sam格式转换成bam格式文件用于后续分析[25]。
1.3 SNP calling和注释采用samtools软件将Bam格式文件排序，picard软件MarkDuplicates模块去重，再用gatk-4.2.2.0软件HaplotypeCaller-ERC GVCF模块提取SNPs和indels[26]，每个样本获得一个gvcf文件，然后合并成群体gvcf文件。对gvcf文件进行SNP calling时，SNPs质量过滤参数设置为QD＜2.0，FS>60.0，MQ＜40.0，MQRankSum＜-12.5，ReadPosRankSum＜-8.0，QUAL＜30.0，SOR>4.0，并且保证以下条件：缺失率低于20%，次要等位基因数目>3。
进一步采用snpEff对过滤的SNPs进行基因结构和功能注释[27]，统计文昌鸡和江汉鸡基因组突变位点的分布特征，包括SNPs总数、突变位置、SNPs密度、基因分型、基因结构和功能区域注释。
1.4 群体遗传分析针对过滤的SNPs开展群体遗传分析，主要是降维聚类法进行主成分分析和邻接法进行系统进化树分析，并用iTOL软件可视化[28]。其次是群体多样性分析，涉及参数包括π、Fst、ROD、Tajima′s D，比较群体之间的差异。最后，分析文昌鸡和江汉鸡差异SNPs，筛选受选择的优势基因，用R软件cluster Profiler包进行功能富集[29]，挖掘不同品种进化过程中与产蛋性能相关的基因和功能。
1.5 选择分析分别按照Fst 1%最大值范围(top 1%)、5%最大值范围(top 5%)、ROD 1%最大值范围(top 1%)、5%最大值范围(top 5%)，Tajima′s D 1%最小值范围(bottom 1%)、5%最小值范围(bottom 5%)条件筛选受到选择区域，根据基因注释文件筛选受到选择区域的基因，然后对受到选择的基因进行功能注释和富集，包括KEGG和GO富集分析，并用R软件进行可视化[30-31]。
2 结果 2.1 全基因组重测序数据及SNPs结构注释通过对两个群体65只鸡进行全基因组重测序，共得到2.21 Tb原始测序数据，去除adapters和低质量序列，保留2.15 Tb clean data，其中，文昌鸡有1.05 Tb clean data，平均每个样本大约29.97 Gb，测序深度大约28×；江汉鸡有1.10 Tb clean data，每个样本大约36.72 Gb，测序深度大约35×；两个群体GC含量均为41%。文昌鸡clean reads比对到基因组的mapping rate(Properly pair rate)大约为98.82%，江汉鸡mapping rate大约98.27%(表 1)。
|
表 1 文昌鸡和江汉鸡测序数据概况 Table 1 Overview of sequencing data of Wenchang chickens and Jianghan chickens |
文昌鸡筛选出19 237 357个SNPs，江汉鸡筛选出18 961 189个SNPs。基因组的结构注释表明，两个群体都是内含子区域SNPs数目最多，其次是基因间区。上下游调控区域SNPs数目多于外显子和非编码区，具体顺序是内含子、UTR3区域、UTR5区域、外显子区域SNPs数目依次减少(图 1A)。外显子区域SNPs的密码子结构包括同义突变、非同义突变、终止密码子获得和丢失，这4种结构的SNPs占总突变数目的1.5%(图 1B)。文昌鸡外显子区域共有333 574个SNPs，江汉鸡共有313 005个SNPs，两个群体都是同义突变的SNPs数目最多。
|
A. 文昌鸡和江汉鸡编码区、非编码区、调控区域的结构分布; B. 文昌鸡和江汉鸡密码子的结构分布 A. Structural distribution of coding region, non-coding region and regulatory region of Wenchang chicken and Jianghan chicken; B. Structural distribution of codon of Wenchang chicken and Jianghan chicken 图 1 文昌鸡和江汉鸡在基因组上的结构分布 Fig. 1 Structural distribution on genome of Wenchang chicken and Jianghan chicken |
文昌鸡和江汉鸡群体的系统进化树表明(图 2A)，65只鸡被清晰地划分为两个群体，而且根据分支的遗传距离，文昌鸡品系形成的时间很可能晚于江汉鸡(图 2B)。主成分分析图(图 2C)中，文昌鸡和江汉鸡三个维度都相隔较远，而且江汉鸡群体内部个体之间相隔较近，文昌鸡群体内部个体相对分散。说明两个群体亲缘关系较远，可能是由于地理隔离导致的种群分化。连锁不平衡分析结果中，文昌鸡的连锁不平衡程度低于江汉鸡，表明文昌鸡受到人工驯化的时间比江汉鸡短(图 2D)。
|
A. 文昌鸡和江汉鸡2个群体系统进化树无根树扇形图; B. 文昌鸡和江汉鸡2个群体系统进化树有根树矩形图; C. 文昌鸡和江汉鸡主成分分析图; D. 连锁不平衡图 A. Rootless fan diagram of phylogenetic trees between Wenchang chickens and Jianghan chickens; B. Tree rectangles of phylogenetic trees between Wenchang chickens and Jianghan chickens; C. Principal component analysis diagram; D. Linkage disequilibrium diagram 图 2 文昌鸡和江汉鸡群体结构分析 Fig. 2 Population structure analysis of Wenchang chickens and Jianghan chickens |
文昌鸡和江汉鸡群体分化强弱程度通过各种参数来衡量，参数π、Tajima′s D的群体均值反映了群体内部分化的总体程度，参数ROD(1-(π文昌鸡/π江汉鸡))是在参数π的基础上进行计算，反映了文昌鸡与江汉鸡相比，群体内部多态性差异。参数π用来比较群体内部多态性，主要用于评估单个群体受选择程度，参数Tajima′s D反映了群体实际观测杂合度与预期杂合度之间的差异，参数ROD可以基于两个群体间核苷酸多态性差异识别选择信号，也可以测量群体之间相互比较损失的多态性。文昌鸡与江汉鸡群体的ROD值均大于0.15，表明两个群体分别属于中等程度分化。Tajima′s D>1，表明两个群体都受到一定程度的人工选择(表 2)。
|
|
表 2 文昌鸡对比江汉鸡的群体差异参数统计 Table 2 Population difference parameters statistics of Wenchang chickens compared with Jianghan chickens |
由于文昌鸡和江汉鸡群体分别存在一定程度的分化，本研究进一步分析了两个群体基因组每条染色体上的位点受到选择的程度。参数Fst用以分析群体之间的差异。Fst值的取值范围是0~1，最大值为1表明两个群体完全分化，最小值为0表明群体间无分化。Fst值为0~0.05时说明群体间遗传分化很小，几乎可以忽略；为0.05~0.15时，表明群体间存在中等程度的遗传分化；为0.15~0.25时群体间存在较大的遗传分化；大于0.25群体间已经几乎没有基因交流。将文昌鸡与江汉鸡群体进行比较，分别按照Fst 1%最大值范围(top 1%)、5%最大值范围(top 5%)，ROD 1%最大值范围(top 1%)、5%最大值范围(top 5%)，Tajima′s D 1%最小值范围(bottom 1%)、5%最小值范围(bottom 5%)筛选基因组上受到选择区域。结果表明，大部分Fst Top 5%区域的值>0.2，而且几乎所有染色体都含有Fst>0.2的区域，因此文昌鸡和江汉鸡群体受到选择区域的分化程度较大(图 3A)。类似地，两个群体每条染色体ROD>0.4的区域也可能受到选择的程度较强(图 3B)。Tajima′s D值为0表示中性选择，即群体仅受到自然选择，没有受到人工干预，本研究中，几乎每条染色体的大部分Tajima′s D值>0，表明两个群体每条染色体都受到较高程度的人工选择(图 3C)。
|
A.文昌鸡群体与江汉鸡群体Fst参数差异分析; B. 文昌鸡群体与江汉鸡群体ROD参数差异分析; C. 文昌鸡群体与江汉鸡群体Tajima′s D参数差异分析 A. Analysis of Fst parameters difference between Wenchang chickens and Jianghan chickens; B. Difference analysis of ROD parameters between Wenchang chickens and Jianghan chickens; C. Analysis of Tajima′s D parameters difference between Wenchang chickens and Jianghan chickens 图 3 文昌鸡和江汉鸡群体差异比较分析 Fig. 3 Comparative analysis of population differences between Wenchang chickens and Jianghan chickens |
对文昌鸡群体Fst 1%最大值范围(top 1%)、5%最大值范围(top 5%)，ROD 1%最大值范围(top 1%)、5%最大值范围(top 5%)，Tajima′s D 1%最小值范围(bottom 1%)、5%最小值范围(bottom 5%)筛选受选择的SNPs位点进行基因注释(表 3)，然后根据KEGG和GO数据库进行功能富集。富集的KEGG通路主要集中在必需氨基酸代谢(valine, leucine and isoleucine degradation)、内分泌腺调控钙重吸收(endocrine and other factor-regulated calcium reabsorption)等功能(图 4A)，这些通路都和鸡蛋形成过程相关。GO条目主要包括胚胎特异性模式(embryonic pattern specification)、采食(regulation of response to food)、营养水平的负调控(negative regulation of response to nutrient levels)、脂肪酸氧化的正调控(positive regulation of fatty acid oxidation)(图 4B)、催乳素受体活性(prolactin receptor activity)(图 4C)、肾上腺素分泌(adrenergic receptor binding)、钙依赖蛋白酪氨酸酶活性(calmodulin-dependent protein kinase activity)、金属肽酶活性(metalloexopeptidase activity)、神经系统调控等(图 4D)。营养水平、激素分泌等功能相关的基因都直接或间接调控鸡蛋形成和胚胎发育。尤其是参与必需氨基酸代谢的3酮酸辅酶A转移酶1基因(3-oxoacid CoA-transferase 1，OXCT1)、调控钙重吸收过程的ATP酶质膜Ca2+ 转运蛋白2基因(ATPase plasma membrane Ca2+ transporting 2，ATP2B2)、控制采食量的促生长荷尔蒙受体基因(growth hormone secretagogue receptor，GHSR)、调节催乳素受体活性的催乳素受体基因(prolactin receptor，PRLR)。因此，这些受到选择区域的基因都和文昌鸡群体的鸡蛋形成过程密切相关。
|
|
表 3 文昌鸡对比江汉鸡受选择区域基因注释和功能 Table 3 The annotation of SNPs and genes in selected regions with Wenchang and Jianghan chickens |
|
A. 文昌鸡群体ROD 1%最大值范围基因的KEGG富集结果; B. 文昌鸡群体Fst 5%最大值范围基因的GO富集结果; C. 文昌鸡群体Fst 1%最大值范围基因的GO富集结果; D. 文昌鸡群体Tajima′s D 1%最小值范围基因的GO富集结果 A. KEGG enrichment in the region of top 1% ROD in Wenchang chickens; B. GO enrichment in the region of top 5% Fst in Wenchang chickens; C. GO enrichment in the region of top 1% Fst in Wenchang chickens; D. GO enrichment in the region of bottom 1% Tajima′s D in Wenchang chickens 图 4 文昌鸡群体ROD 1%最大值范围、Fst 5%最大值范围、Fst 1%最大值范围、Tajima′s D bottom 1%受到选择范围的基因功能富集结果 Fig. 4 Functional enrichment results of genes in top 1% ROD, top 5% Fst, top 1% Fst, bottom 1% Tajima′s D in the selected range in Wenchang chickens |
文昌鸡与江汉鸡相比，不仅SNPs总数较多，而且编码区、非编码区、调控区域等基因结构分布的SNPs数目都多一些，表明文昌鸡的位点多态性更丰富一些。而且文昌鸡编码区密码子的非同义突变SNPs也多于江汉鸡，可能对两个品种的基因功能产生影响。系统发育树将文昌鸡和江汉鸡两个群体完全隔离开，这个结果与主成分分析图一致，但是江汉鸡群体内部个体距离较近，文昌鸡群体内部个体则比较分散，说明培育的江汉鸡品系遗传相对稳定，而文昌鸡人工培育的时间较短，遗传稳定性相对较低，群体中仍然存在较大程度分化。另一方面，在自然选择的条件下，连锁遗传发生的频率较低，然而，人工培育加速了定向选择，导致对人类有利的生产性状相关的基因位点被最大程度选择并保留。连锁遗传分析的结果表明，文昌鸡的连锁遗传程度低于江汉鸡，说明文昌鸡比江汉鸡的人工培育时间短。因此，主成分分析和连锁遗传分析的结果一致表明，相比于江汉鸡，文昌鸡的人工培育时间短，遗传稳定性较低，同时也说明文昌鸡的优良性状选育具有更大的发展空间。
采用群体参数检测文昌鸡和江汉鸡的群体差异。首先计算反映群体总体差异的参数π、ROD均值，分析群体内部多态性，虽然两个群体的参数π没有明显差异，但是两个群体的ROD值都大于0.15，说明两个群体内部多态性存在中等程度分化。Tajima′s D群体均值范围包括3部分(＜0，=0，>0)，等于0表示群体发生随机突变，小于0表示群体的变异位点在扩张，大于0表示群体的变异位点在收缩。本研究结果中，两个群体Tajima′s D群体均值都大于0，且文昌鸡的值小于江汉鸡，表明两个群体都受到人工选育的定向选择，而且文昌鸡的人工驯化时间短一些。这个结论与连锁遗传分析的结论一致。确定文昌鸡和江汉鸡群体存在差异之后，进一步分析两个群体基因组不同区域受到选择的程度。分别计算文昌鸡每条染色体区域Fst、Tajima′s D、ROD值，结果表明，文昌鸡群体Fst 5%最大值范围(top 5%)的阈值大于0.2，ROD 5%最大值范围(top 5%)的阈值大于0.4，Tajima′s D 5%最小值范围(bottom 5%)阈值大于0，表明文昌鸡和江汉鸡各个参数5%最大值范围或最小值范围内的区域差异较大，是受到强烈选择的区域。因此，对文昌鸡群体Fst 1%最大值范围(top 1%)，5%最大值范围(top 5%)，ROD 1%最大值范围(top 1%)，5%最大值范围(top 5%)，Tajima′s D 1%最小值范围(bottom 1%)，5%最小值范围(bottom 5%)筛选受选择的SNPs位点进行基因注释，然后根据KEGG和GO数据库进行功能富集，保留与产蛋性能相关的通路，分析受选择区域对产蛋性能影响。
3.2 文昌鸡氨基酸代谢对产蛋性能的影响蛋白质和氨基酸是鸡蛋的主要成分，对鸡蛋的消费价值起着至关重要的影响，因为它们也是人体肌肉生长、激素分泌、蛋白酶合成的重要参与成分[32]。必需氨基酸约占干蛋黄总重量的46%~47%，芳香氨基酸约占必需氨基酸的11%；精氨酸是必需氨基酸中含量最多的氨基酸，其次是谷氨酸[10-33]。不同品种来源鸡蛋的氨基酸(精氨酸、组氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、蛋氨酸+半胱氨酸、苯丙氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸、苏氨酸和缬氨酸)含量差异显著[34]。饲料中添加适量β-甘露聚糖显著提高了赖氨酸、组氨酸和色氨酸的表观回肠消化率，并且增加鸡蛋产量[35]。本研究中，文昌鸡必需氨基酸亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸代谢过程在进化过程中受到强烈选择，而且3种氨基酸都是蛋白和蛋黄的重要成分，因此，在文昌鸡的进化过程中，3种氨基酸代谢通路对鸡蛋氨基酸结构的形成发挥重要作用。
3.3 文昌鸡矿物质代谢对产蛋性能的影响矿物质不仅是蛋壳的重要组成部分，而且与蛋白肽结合形成的金属肽酶具有抗氧化活性。鸡蛋壳中钙含量高达95%[36]。通过比较高钙磷水平和低钙磷水平饲料对蛋品质的影响，发现低钙磷水平饲粮抑制饲养期间的骨矿化，但能够提高32周龄蛋鸡的蛋壳品质[37]。磷元素也是蛋壳不可或缺的成分，磷对鸡蛋钙潴留率、全磷和钙的净沉积等功能具有重要作用[38]。本研究中，文昌鸡和江汉鸡差异选择区域基因富集结果包含内分泌调节钙沉积的通路，说明文昌鸡的钙沉积功能在进化过程中受到强烈选择，对产蛋性能具有重要作用。除了参与蛋壳形成，矿物质还介导氧化还原功能，为平衡产蛋高峰期的能量代谢提供必要基础。产蛋高峰期可能产生输卵管氧化损伤，通过统计135只34周龄海兰褐蛋鸡产蛋高峰期至产蛋后期的血浆、肝脏、输卵管的抗氧化物质活性，分析蛋鸡产蛋性能的生理活动变化规律，结果表明，产蛋高峰期至产蛋后期与未开产的时期相比，蛋鸡的超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物歧化酶活性显著降低[39]，导致氧化应激，因此，产蛋高峰期需要在日粮中添加适量抗氧化物质。本研究结果中，文昌鸡和江汉鸡差异选择区域富集到金属肽酶活性相关基因，表明矿物质结合的金属肽酶在进化过程衍生出重要的抗氧化作用，有助于提高产蛋性能。
3.4 文昌鸡激素分泌对产蛋性能的影响激素对卵巢发育、产蛋量、孵化行为都有重要影响。血浆催乳素浓度与母性行为有关，能够控制孵化行为[40]。自由放养系统饲养的鸡产蛋率低于传统笼养系统，检测发现前者与后者相比，卵巢重量、卵泡数量均降低，而且血清催乳素浓度升高，血清黄体生成素和黄体酮水平降低，激素相关的基因也呈现出一致的变化趋势，自由放养系统的母鸡排卵前卵泡中催乳素受体基因表达上调，黄体生成素受体和孕酮受体基因表达量下调[41]。此外，肾上腺素分泌异常导致蛋鸡发育不良，从而降低产蛋率[42]。本研究中，文昌鸡的肾上腺素、催乳素受体相关的通路均与江汉鸡群体差异较大(Fst>0.25)，受到强烈选择，说明文昌鸡的肾上腺素、催乳素在进化过程中对产蛋性能具有重要调控作用。
4 结论综上所述，文昌鸡与江汉鸡两个群体整体存在中等程度分化，且文昌鸡比江汉鸡的人工培育时间短，遗传稳定性相对较低。同时，文昌鸡群体参数筛选的5%最大值范围也是基因组受到强烈选择的区域，这些区域注释基因的功能富集结果与产蛋性能相关。富集通路包括3种必须氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)代谢、蛋壳的钙沉积效应、金属肽酶的抗氧化活性、肾上腺素和催乳素等激素对鸡蛋形成和发育的调控作用。因此，影响产蛋性能的主要因素是必须氨基酸代谢、矿物质沉积和抗氧化活性、激素分泌共3个方面，而且这些因素在文昌鸡进化过程中受到强烈选择，对产蛋性能发挥重要调控作用。本研究结论不但能够促进理解文昌鸡产蛋性能的进化特征，而且有助于加速高产蛋鸡新品种的培育。
| [1] |
GAUTRON J, DOMBRE C, NAU F, et al. Review: Production factors affecting the quality of chicken table eggs and egg products in Europe[J]. Animal, 2022, 16(Suppl 1): 100425. |
| [2] |
KRALIK G, KRALIK Z. Poultry products enriched with nutricines have beneficial effects on human health[J]. Med Glas (Zenica), 2017, 14(1): 1-7. |
| [3] |
HE W L, LI P, WU G Y. Amino acid nutrition and metabolism in chickens[J]. Adv Exp Med Biol, 2021, 1285: 109-131. |
| [4] |
姚茂桂. 饲料对鸡蛋营养的影响[J]. 中国畜禽种业, 2021, 17(10): 177-178. YAO M G. Effects of feed on egg nutrition[J]. The Chinese Livestock and Poultry Breeding, 2021, 17(10): 177-178. DOI:10.3969/j.issn.1673-4556.2021.10.101 (in Chinese) |
| [5] |
GORISSEN S H M, CROMBAG J J R, SENDEN J M G, et al. Protein content and amino acid composition of commercially available plant-based protein isolates[J]. Amino Acids, 2018, 50(12): 1685-1695. DOI:10.1007/s00726-018-2640-5 |
| [6] |
KATO H, SUZUKI K, BANNAI M, et al. Branched-chain amino acids are the primary limiting amino acids in the diets of endurance-trained men after a bout of prolonged exercise[J]. J Nutr, 2018, 148(6): 925-931. DOI:10.1093/jn/nxy048 |
| [7] |
夏春秋, 万发春, 刘磊, 等. 缬氨酸的生物学功能及其在畜禽日粮中的应用[J]. 畜牧兽医学报, 2023, 54(11): 4502-4513. XIA C Q, WAN F C, LIU L, et al. Valine: Biological function and application in livestock and poultry diets[J]. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica, 2023, 54(11): 4502-4513. (in Chinese) |
| [8] |
WEN J, HELMBRECHT A, ELLIOT M A, et al. Evaluation of the Valine requirement of small-framed first cycle laying hens[J]. Poult Sci, 2019, 98(3): 1272-1279. DOI:10.3382/ps/pey448 |
| [9] |
GOTO T, SHIMAMOTO S, TAKAYA M, et al. Impact on genetic differences among various chicken breeds on free amino acid contents of egg yolk and albumen[J]. Sci Rep, 2021, 11(1): 2270. DOI:10.1038/s41598-021-81660-3 |
| [10] |
ZHU H, GUO J, WANG H, et al. Developmental changes of free amino acids in amniotic, allantoic fluids and yolk of broiler embryo[J]. Br Poult Sci, 2022, 63(6): 857-863. DOI:10.1080/00071668.2022.2079073 |
| [11] |
SUN C J, LIU J N, YANG N, et al. Egg quality and egg albumen property of domestic chicken, duck, goose, turkey, quail, and pigeon[J]. Poult Sci, 2019, 98(10): 4516-4521. DOI:10.3382/ps/pez259 |
| [12] |
GOTO T, SHIMAMOTO S, OHTSUKA A, et al. Analyses of free amino acid and taste sensor traits in egg albumen and yolk revealed potential of value-added eggs in chickens[J]. Anim Sci J, 2021, 92(1): e13510. DOI:10.1111/asj.13510 |
| [13] |
MARTINEZ K N M, DA S VIANA G, DA SILVA E P, et al. The response of reproducing Japanese quail to dietary valine[J]. Br Poult Sci, 2021, 62(5): 726-730. DOI:10.1080/00071668.2021.1905775 |
| [14] |
张倚剑, 施寿荣, 胡艳, 等. 饲粮钙水平和饲喂方式对产蛋后期蛋鸡生产性能、蛋壳质量和钙代谢的影响[J]. 动物营养学报, 2021, 33(9): 4966-4979. ZHANG Y J, SHI S R, HU Y, et al. Effects of dietary calcium level and feeding mode on performance, eggshell quality and calcium metabolism of laying hens in late laying period[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2021, 33(9): 4966-4979. (in Chinese) |
| [15] |
RATNA W N, BHATT V D, CHAUDHARY K, et al. Estrogen-responsive genes encoding egg yolk proteins vitellogenin and apolipoprotein Ⅱ in chicken are differentially regulated by selective estrogen receptor modulators[J]. Theriogenology, 2016, 85(3): 376-383. DOI:10.1016/j.theriogenology.2015.08.015 |
| [16] |
MU F, JING Y, QIN N, et al. Novel polymorphisms of adrenergic, Alpha-1B-, receptor and peroxisome proliferator-activated receptor gamma, coactivator 1 beta genes and their association with egg production traits in local Chinese dagu hens[J]. Asian-Australas J Anim Sci, 2016, 29(9): 1256-1264. |
| [17] |
TAN Y G, XU X L, CAO H Y, et al. RFamide-related peptides' gene expression, polymorphism, and their association with reproductive traits in chickens[J]. Poult Sci, 2021, 100(2): 488-495. DOI:10.1016/j.psj.2020.11.024 |
| [18] |
张高猛, 丁纪强, 刘昱宏, 等. 全基因组关联分析揭示白羽肉鸡孵化性状的遗传基础[J]. 畜牧兽医学报, 2023, 54(2): 534-544. ZHANG G M, DING J Q, LIU Y H, et al. Genome-wide association study reveals the genetic basis of hatching traits in white-feathered broilers[J]. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica, 2023, 54(2): 534-544. (in Chinese) |
| [19] |
林燕, 黄敏, 李秀金, 等. 利用全基因组重测序数据检测8个鸭品种基因组拷贝数变异[J]. 畜牧兽医学报, 2023, 54(9): 3700-3709. LIN Y, HUANG M, LI X J, et al. Uncovering genome-wide copy number variations in 8 duck breeds using whole genome resequencing data[J]. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica, 2023, 54(9): 3700-3709. (in Chinese) |
| [20] |
GEIBEL J, PRAEFKE N P, WEIGEND S, et al. Assessment of linkage disequilibrium patterns between structural variants and single nucleotide polymorphisms in three commercial chicken populations[J]. BMC Genomics, 2022, 23(1): 193. DOI:10.1186/s12864-022-08418-7 |
| [21] |
田帅帅, 钟梓奇, 倪世恒, 等. 基于全基因组重测序数据对文昌鸡不同保种群保种现状的分析[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2023(13): 51-54, 62. TIAN S S, ZHONG Z Q, NI S H, et al. Analysis of the conservation status of different conservancies of Wenchang chickens based on whole genome resequencing data[J]. Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine, 2023(13): 51-54, 62. (in Chinese) |
| [22] |
宋倩. 鸡MTNR1A基因5'调控区的多态性及其与产蛋性状的关联分析[D]. 泰安: 山东农业大学, 2013. SONG Q. SNPs in 5' regulatory region of chicken MTNR1A gene and their association with laying trait[D]. Tai'an: Shandong Agricultural University, 2013. (in Chinese) |
| [23] |
潘爱銮, 吴艳, 申杰, 等. 江汉鸡A系选育研究[J]. 湖北农业科学, 2020, 59(23): 126-129. PAN A L, WU Y, SHEN J, et al. Breeding of Jianghan chicken A strain[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2020, 59(23): 126-129. (in Chinese) |
| [24] |
BOLGER A M, LOHSE M, USADEL B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data[J]. Bioinformatics, 2014, 30(15): 2114-2120. DOI:10.1093/bioinformatics/btu170 |
| [25] |
LI H, HANDSAKER B, WYSOKER A, et al. The Sequence Alignment/Map format and SAMtools[J]. Bioinformatics, 2009, 25(16): 2078-2079. DOI:10.1093/bioinformatics/btp352 |
| [26] |
MCKENNA A, HANNA M, BANKS E, et al. The genome analysis toolkit: a MapReduce framework for analyzing next-generation DNA sequencing data[J]. Genome Res, 2010, 20(9): 1297-1303. DOI:10.1101/gr.107524.110 |
| [27] |
CINGOLANI P, PLATTS A, WANG L L, et al. A program for annotating and predicting the effects of single nucleotide polymorphisms, SnpEff: SNPs in the genome of Drosophila melanogaster strain w1118;iso-2;iso-3[J]. Fly (Austin), 2012, 6(2): 80-92. DOI:10.4161/fly.19695 |
| [28] |
LETUNIC I, BORK P. Interactive Tree Of Life (iTOL) v5:an online tool for phylogenetic tree display and annotation[J]. Nucleic Acids Res, 2021, 49(W1): W293-W296. DOI:10.1093/nar/gkab301 |
| [29] |
YU G C, WANG L G, HAN Y Y, et al. clusterProfiler: an R package for comparing biological themes among gene clusters[J]. OMICS, 2012, 16(5): 284-287. DOI:10.1089/omi.2011.0118 |
| [30] |
KANEHISA M, FURUMICHI M, TANABE M, et al. KEGG: new perspectives on genomes, pathways, diseases and drugs[J]. Nucleic Acids Res, 2017, 45(D1): D353-D361. DOI:10.1093/nar/gkw1092 |
| [31] |
YU G C, WANG L G, HAN Y Y, et al. clusterProfiler: an R package for comparing biological themes among gene clusters[J]. OMICS, 2012, 16(5): 284-287. DOI:10.1089/omi.2011.0118 |
| [32] |
CARVALHO T S M, SOUSA L S, NOGUEIRA F A, et al. Digestible methionine+cysteine in the diet of commercial layers and its influence on the performance, quality, and amino acid profile of eggs and economic evaluation[J]. Poult Sci, 2018, 97(6): 2044-2052. DOI:10.3382/ps/pey036 |
| [33] |
TOMASZEWSKA E, ARCZEWSKA-WŁOSEK A, BURMAŃCZUK A, et al. The effect of L-glutamine on basal albumen and yolk indices, and albumen amino acids composition[J]. Animals (Basel), 2021, 11(12): 3556. |
| [34] |
ATTIA Y A, AL-HARTHI M A, KORISH M A, et al. Protein and amino acid content in four brands of commercial table eggs in retail markets in relation to human requirements[J]. Animals (Basel), 2020, 10(3): 406. |
| [35] |
WHITE D, ADHIKARI R, WANG J Q, et al. Effects of dietary protein, energy and β-mannanase on laying performance, egg quality, and ileal amino acid digestibility in laying hens[J]. Poult Sci, 2021, 100(9): 101312. DOI:10.1016/j.psj.2021.101312 |
| [36] |
SIEMIRADZKA W, DOLIŃSKA B, RYSZKA F. Preparation of sterile raw material-chicken eggshells in the process of their transformation into selected calcium salts[J]. Curr Pharm Biotechnol, 2021, 22(2): 299-304. DOI:10.2174/1389201021666200903120835 |
| [37] |
DIJKSLAG M A, KWAKKEL R P, MARTIN-CHAVES E, et al. The effects of dietary calcium and phosphorus level, and feed form during rearing on growth performance, bone traits and egg production in brown egg-type pullets from 0 to 32 weeks of age[J]. Poult Sci, 2021, 100(6): 101130. DOI:10.1016/j.psj.2021.101130 |
| [38] |
JING M, ZHAO S, ROGIEWICZ A, et al. Assessment of the minimal available phosphorus needs of laying hens: Implications for phosphorus management strategies[J]. Poult Sci, 2018, 97(7): 2400-2410. DOI:10.3382/ps/pey057 |
| [39] |
陈炳旭, 宋丹, 段涛, 等. 蛋鸡产蛋高峰至后期生产性能和抗氧化能力的变化特征研究[J]. 动物营养学报, 2023, 35(5): 2981-2989. CHEN B X, SONG D, DUAN T, et al. Variation characteristics of performance and antioxidant capacity of laying hens from peak to late laying period[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023, 35(5): 2981-2989. (in Chinese) |
| [40] |
SINPRU P, SARTSOONGNOEN N, ROZENBOIM I, et al. The effects of replacing eggs with chicks on mesotocin, dopamine, and prolactin in the native Thai hen[J]. Gen Comp Endocrinol, 2018, 263: 32-42. DOI:10.1016/j.ygcen.2018.04.013 |
| [41] |
YIN Z Z, DONG X Y, CAO H Y, et al. Effects of rearing systems on reproductive hormones secretion and their receptors gene expression in Xianju chickens under summer conditions[J]. Poult Sci, 2018, 97(9): 3092-3096. DOI:10.3382/ps/pey194 |
| [42] |
HUANG C X, CHEN Y F, YUE Q X, et al. Effect of in ovo injection of serotonin on the behavior and hormone level in laying hens[J]. Gen Comp Endocrinol, 2021, 310: 113824. DOI:10.1016/j.ygcen.2021.113824 |
(编辑 郭云雁)