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多组学破解雪域雄鸡的高原缺氧适应机制

news 来源：原创 2025/5/18 6:27:04

藏鸡‌是一种原产于中国青藏高原的鸡种，主要分布在海拔2200-4100米的河谷区和高山峡谷区。它们适应高海拔和寒冷的气候条件，能够在恶劣的环境中生存和繁殖‌。本研究主要关注高原藏鸡适应高原缺氧环境的机制，通过宏转录组测序和代谢组结果的联合分析，揭示了鸡盲肠微生物群在应对高原劣势环境的相互作用。

样本类型：高原生活的藏鸡、平原生活的藏鸡、平原生活的清远鸡的盲肠内容物

DOI: 10.1101/2024.02.19.581084

一、研究背景

对具有代表性的高纬度鸡（藏鸡）的优势和潜在机制目前的了解十分有限。本研究对宏转录组和靶向代谢组联合分析，比较高原和平原鸡盲肠微生物活性及其基因表达。揭示了肠道微生物群与高原适应之间的相互作用，并为藏鸡适应高原缺氧环境的机制提供了新的见解。

二、实验设计

图技术路线

三、实验结果

1、鸡盲肠中的活性微生物及其作用

门水平物种组成结果显示：拟杆菌门在高原藏鸡（In-TX）盲肠中含量较高、厚壁菌门在平原藏鸡（Ex-TC）和清远鸡（QY）群体盲肠中含量较高。在In-TC样本中，盲肠微生物群组成相对稳定，而在Ex-TC和QY群体中存在显著的个体差异。

图1 高原藏鸡与平原鸡之间活性盲肠微生物群组成

对3个鸡群盲肠微生物群中COG(A)和CAZymes (B)表达水平差异分析显示：In-TC组中涉及表达上调功能包括:细胞分裂、细胞运动性、防御机制、能量转换、信号转导和次级代谢物转换。In- TC中与碳水化合物代谢相关的基因的表达较Ex-TC组和QY组显著升高。

图2 鸡群盲肠微生物群中COG(A)和CAZymes (B)表达水平的差异

2、鸡群体盲肠微生物群中DEGs及其功能的鉴定分析

由于Ex-TC和QY鸡生活在平原环境，所以主要通过检测In-TC和Ex-TC或In-TC和QY组的差异基因比较，确定藏鸡TC在高纬度适应性的潜在关键基因。此外，KEGG富集分析发现上调基因富集在能量代谢、多聚糖代谢和免疫反应相关的通路中。

图3 高原藏鸡群与平原鸡群盲肠微生物群的DGEs及富集分析

3、In-TC盲肠微生物群中强大的SCFAs生物合成和免疫活性

In-TC的盲肠微生物组中对SCFAs合成敏感的基因有醋酸和丙酸生物合成的pct和ACSS1_2，丁酸生物合成的buk和atoAD在In-TC个体的盲肠微生物组中的表达显著高于Ex-TC和QY样本。

图4 In-TC盲肠微生物群中的生物合成和免疫活性

4、鸡盲肠微生物群与代谢组的相关性研究

不同鸡群的短链脂肪酸（SCFAs）和胆汁酸（BAs）检测结果显示，SCFAs和BAs均在3组之间存在极显著差异，且In-TC个体盲肠中多个BAs的丰度高于Ex-TC和QY群体。

图5 三个鸡群体盲肠中SCFAs和BAs的靶向代谢组学分析

此外，研究发现拟杆菌门/厚壁菌门与SCFA生物合成基因(pct、atoAD和buk)表达呈显著正相关，与盲肠中丙酸酸、乙酸和丁酸的含量也呈正相关，与先天免疫因子(SDH、aarC和cbh)的生物合成相关基因的表达水平之间存在显著的正相关。

图6 高原和平原鸡盲肠拟杆菌门/厚壁菌门比较及其与SCFAs和BAs相关基因表达和代谢物含量的相关性

四、研究结论

高原藏鸡和平原鸡种群之间盲肠活性微生物群的组成和功能存在显著差异。在高原藏鸡种群的盲肠微生物群中发现了较高的与能量代谢和免疫应答相关的表达基因。高原藏鸡种群的盲肠微生物群表现出较高的短链脂肪酸和次生胆汁酸的生物合成，研究基于拟杆菌/厚壁菌门与SCFAs和BAs的调控作用，构建出了鸡盲肠微生物较完整的群落变化。

图7 鸡盲肠微生物群活性拟杆菌/厚壁菌比值与SCFAS和BAs合成的调控

参考文献

Unraveling the gut microbiota of Tibetan chickens: insights into highland adaptation and ecological advantages. bioRxiv-Microbiology. 2024

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