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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