精氨酸和蛋氨酸补充对肉鸡在热应激和球虫感染共同作用下的生长性能、肠道健康及免疫反应的影响

《Poultry Science》：Consequences of arginine and methionine supplementation on growth performance, intestinal health, and immune response in broiler chickens under concurrent heat stress and coccidia challenge

赛鸽与肉鸽心脏及顶小脑半球转录组分析揭示前者具有更强的血液循环和能量代谢能力，后者神经适应和抗氧化能力更优，且两种组织存在差异表达的剪接事件。

　　本研究旨在揭示不同育种目标下鸽子在生理适应方面的分子调控差异，特别是对归巢鸽（Homing Pigeon, HP）和肉鸽（Meat Pigeon, MP）的心脏和小脑蚓部（cerebellar vermis）进行转录组差异分析。通过对这两种鸽子的表型和转录组数据的系统比较，研究揭示了其在心脏和小脑结构与功能上的适应性变化，为理解鸽子在不同育种目标下的生理适应机制提供了新的视角。

在表型分析方面，研究发现归巢鸽的心脏指数显著高于肉鸽，这表明其心脏在支持长时间活动所需的代谢需求方面具有更强的功能。心脏作为循环系统的核心器官，负责将富含氧气的血液输送到全身组织，因此其体积和功能的增强对于归巢鸽的飞行能力至关重要。相比之下，肉鸽由于长期处于圈养环境中，其心脏功能相对较弱，而归巢鸽则通过持续的飞行训练，形成了适应高强度运动的心脏结构。此外，研究还发现归巢鸽的小脑和小脑蚓部指数并未出现显著差异，这可能意味着这些区域在不同育种目标下的适应性变化相对较小，或者其调控机制具有一定的稳定性。

通过转录组分析，研究共鉴定出162个在心脏中差异表达的基因（DEGs），以及192个在小脑蚓部中差异表达的基因。这些差异表达的基因主要富集在与循环系统过程、心室发育、脂肪酸代谢和缺氧响应相关的通路中，包括一些关键的基因如HSP90AA1、ACACB和LPIN1。这些基因的表达差异表明，归巢鸽的心脏在能量代谢和心血管功能方面具有更强的适应能力。例如，HSP90AA1在运动员中被显著上调，这可能与其在运动诱导的细胞应激反应中的作用有关；ACACB参与脂肪酸合成的调控，而LPIN1则在脂质生物合成中发挥重要作用。这些基因的表达变化反映了归巢鸽在飞行过程中对能量供应和氧气运输的高效需求。

而在小脑蚓部中，差异表达的基因主要富集在细胞外基质组织、突触组织调控、轴突引导和NRF2信号通路中。这表明归巢鸽的小脑在神经适应性和抗氧化应激方面表现出更强的特性。NRF2通路在维持细胞抗氧化能力方面至关重要，其激活可以增强神经组织的抗氧化能力，减少活性氧（ROS）的积累，从而保护神经细胞免受氧化损伤。此外，小脑蚓部的基因表达变化可能与归巢鸽在飞行过程中对运动协调和学习记忆能力的适应有关。例如，小脑蚓部中一些基因的表达上调可能有助于提高神经网络的可塑性，从而增强其对飞行行为的适应能力。

研究还发现，归巢鸽的心脏和小脑蚓部中，与昼夜节律相关的基因如PER2和PER3在两种组织中均被下调。这些基因是核心时钟基因的编码产物，参与调控昼夜节律的转录-翻译反馈循环。在实验中，这些基因的表达下调可能与心脏的适应性生长和重塑有关。已有研究表明，在实验动物中，心脏肥大时PER基因的表达可能会减少，这可能与心脏体积的增大和心肌细胞的增殖有关。PER2蛋白可以结合Wee1和Cdk1/cyclin B1的启动子和内含子区域，从而促进Cdk1/cyclin B1的表达并抑制Wee1激酶活性，最终激活Cdk1并促进心肌细胞进入有丝分裂。这一机制可能有助于归巢鸽心脏的适应性变化，以满足其飞行活动的需求。

在小脑蚓部中，PER2和PER3的表达变化可能对神经功能产生影响，尽管目前其具体的生理意义尚未完全明确。PER基因在神经生物学中的作用广泛，包括突触可塑性和神经元的发育过程。然而，这些基因在小脑蚓部的表达变化是否代表了对长时间运动的适应性反应，仍需进一步研究。此外，研究还发现，归巢鸽和肉鸽之间存在14个共同的差异表达基因，这可能为理解大脑与心脏之间的相互作用提供了新的线索。

为了进一步验证转录组数据的可靠性，研究通过定量实时聚合酶链反应（qPCR）对部分差异表达基因进行了验证。结果表明，qPCR数据与RNA-Seq数据一致，从而确认了这些基因在不同鸽种中的表达差异。这一验证过程增强了研究结果的可信度，并为后续的分子机制研究奠定了基础。

在转录组分析中，研究还发现了大量的可变剪接（Alternative Splicing, AS）事件。在心脏和小脑蚓部中，分别检测到149和151个显著的差异剪接事件。其中，跳过外显子（Skipped Exon, SE）是最显著富集的剪接类型，占总事件的较大比例。可变剪接是基因表达调控的重要机制，能够通过生成不同的蛋白质异构体，增加基因的表达复杂性和功能多样性。在心脏中，一些差异剪接基因（DSGs）富集在VEGFA-VEGFR2信号通路中，这一通路在运动过程中被激活，有助于血管生成、重塑和心肌细胞修复。而在小脑蚓部中，差异剪接基因主要富集在与树突延伸、认知、学习或记忆相关的通路中，这可能与归巢鸽在飞行训练中形成的神经网络适应性有关。

研究还发现，归巢鸽的心脏和小脑蚓部中，一些基因的表达变化可能与运动适应性密切相关。例如，心脏中的脂肪酸代谢相关基因上调，可能有助于归巢鸽在长时间飞行过程中更高效地利用脂肪酸作为能量来源；而小脑蚓部中的抗氧化相关基因表达变化，可能帮助归巢鸽在飞行过程中减少氧化应激对神经组织的损伤。此外，研究还指出，归巢鸽的某些基因在神经发育和神经保护方面具有重要作用，这可能与其在飞行过程中对神经网络的适应性有关。

从整体来看，本研究通过对归巢鸽和肉鸽的心脏和小脑蚓部进行转录组分析，揭示了其在不同育种目标下的分子调控差异。这些差异不仅反映了两种鸽子在生理功能上的适应性变化，也为理解鸟类在不同环境压力下的生理调节机制提供了新的视角。此外，研究结果还为鸽子的遗传改良和健康养殖提供了理论支持，特别是在提高心脏功能和神经适应性方面。

在实验方法上，研究采用了高通量RNA-Seq技术，对心脏和小脑蚓部组织进行了全面的基因表达分析。研究对象为16只成年雌性鸽子，分别来自归巢鸽和肉鸽群体。通过严格的实验设计和数据处理流程，确保了结果的准确性和可靠性。例如，在基因表达量化过程中，使用了FPKM（每百万映射读数每千碱基转录物的片段数）作为衡量标准，而差异表达分析则采用DESeq2软件进行统计学验证，确保了结果的显著性。此外，研究还通过功能富集分析和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析，进一步揭示了差异表达基因在不同组织中的功能和相互作用机制。

在数据处理过程中，研究对原始数据进行了质量过滤，排除了低质量序列和接头污染，确保了后续分析的准确性。对于心脏和小脑蚓部的基因表达数据，分别使用了HiPure Universal RNA Kit进行总RNA提取，并通过Agilent 2100 Bioanalyzer系统和Nanodrop 2000分光光度计评估RNA的完整性和浓度。随后，使用poly-T磁珠进行mRNA富集，并构建RNA-Seq文库，最终在Illumina NovaSeq平台上进行测序，获得150 bp的配对末端读数。这些高质量的RNA-Seq数据为后续的基因表达分析和功能研究提供了坚实的基础。

在功能富集分析中，研究使用了Metascape在线工具，对差异表达基因进行了GO（基因本体）和KEGG（京都基因与基因组百科全书）通路分析。结果显示，心脏中的差异表达基因主要富集在与心脏结构和功能调控相关的通路中，而小脑蚓部中的差异表达基因则主要富集在与神经发育和神经保护相关的通路中。这表明，心脏和小脑蚓部在不同育种目标下的分子调控机制存在显著差异，反映了它们在生理适应中的不同角色。

此外，研究还构建了差异表达基因的PPI网络，以揭示这些基因之间的相互作用关系。通过STRING数据库和Cytoscape软件，研究绘制了心脏和小脑蚓部中差异表达基因的相互作用网络，进一步验证了这些基因在不同组织中的功能调控网络。例如，在心脏的PPI网络中，HSP90AA1被识别为关键调控节点，这可能与其在运动诱导的细胞应激反应中的作用有关；而在小脑蚓部的PPI网络中，一些与细胞外基质组织和突触调控相关的基因也被显著富集。

通过可变剪接分析，研究揭示了心脏和小脑蚓部中差异剪接事件的分布和类型。结果显示，跳过外显子（SE）是最常见的剪接类型，而其他类型的剪接事件如选择性5’剪接位点（A5SS）、选择性3’剪接位点（A3SS）、互斥外显子（MXE）和保留内含子（RI）在两种组织中均存在。这些剪接事件的差异可能反映了归巢鸽和肉鸽在基因表达调控上的不同策略，进而影响其生理功能的适应性。例如，心脏中的差异剪接基因富集在VEGFA-VEGFR2信号通路中，这可能与运动过程中血管生成和心肌修复有关；而小脑蚓部中的差异剪接基因则主要与神经网络的可塑性和认知能力相关。

本研究的发现不仅有助于理解鸽子在不同育种目标下的生理适应机制，也为鸟类的分子生物学研究提供了新的思路。例如，通过比较归巢鸽和肉鸽的基因表达差异，可以揭示鸟类在不同环境压力下的适应性策略，为其他鸟类的生理调控研究提供参考。此外，研究还强调了昼夜节律基因在心脏和小脑中的调控作用，这可能对理解鸟类在长时间运动中的生理适应性具有重要意义。

研究的局限性在于，尽管实验设计尽可能控制了环境因素，但仍可能存在未被测量的变量影响结果。此外，由于样本数量相对有限，研究结果的可靠性和普适性可能受到一定限制。因此，未来的研究可以考虑增加样本数量，以提高数据的统计显著性和结果的可重复性。同时，对差异表达基因和差异剪接基因的功能研究仍需进一步深入，特别是其在神经保护和心血管适应中的具体作用机制。

总之，本研究通过系统比较归巢鸽和肉鸽的心脏和小脑蚓部的转录组数据，揭示了不同育种目标下鸽子在生理适应方面的分子调控差异。这些发现不仅有助于理解鸽子在不同环境下的适应性机制，也为鸟类的分子生物学研究和遗传改良提供了新的方向。同时，研究结果也为其他动物的生理适应性研究提供了借鉴，特别是在心脏功能和神经适应性方面的分子调控机制。