代谢组与转录组联合分析揭示下丘脑调控雌性济宁青山羊性发育的分子机制

《BMC Genomics》：Metabolomics and transcriptomics analyses reveal the complex molecular mechanisms by which the hypothalamus regulates sexual development in female goats

编辑推荐：为解决山羊性成熟调控机制不明的问题，山东科研团队通过代谢组和转录组分析，发现MAP3K9、PRUNE2等基因与LPC22:5等代谢物协同调控GnRH神经元发育，阐明谷胱甘肽代谢通路的关键作用，为山羊育种提供新靶点。

　　动物性成熟是一个受多因素调控的复杂过程，其中下丘脑作为神经内分泌中枢发挥着关键作用。济宁青山羊因其独特的早熟特性（2-3月龄初情期，4月龄性成熟），成为研究性发育调控机制的理想模型。然而，目前关于下丘脑如何通过代谢重编程和基因表达网络调控山羊性成熟的研究仍存在空白。山东科研团队针对这一科学问题，在《BMC Genomics》发表了创新性研究成果。

研究采用UHPLC-MS/MS非靶向代谢组学和Illumina NovaSeq转录组学技术，对济宁青山羊出生后1天（D1）、2月（M2）、4月（M4）和6月（M6）四个发育阶段的下丘脑组织进行分析。样本来自山东嘉祥县济宁青山羊原种场，每组5只雌羊，严格控制饲养条件。通过WGCNA网络构建、KEGG通路富集和Spearman相关性分析等多组学整合方法，系统解析了性成熟过程中的分子调控网络。

代谢动态特征分析发现418种差异代谢物（DAMs），其中脂质（占33.49%）和有机酸（18.42%）变化最显著。LPC、LPE等磷脂在D1期高表达，而FAHFA类脂质在M2期富集。时序聚类显示6类表达模式：如Cluster 6的76种代谢物（含鹅肌肽、组氨酸）随性成熟持续上升，富集于GABA能突触和谷胱甘肽代谢通路。

关键调控模块鉴定方面，WGCNA分析揭示棕色模块（含花生四烯酸等）与GnRH、FSH呈正相关，主要调控谷胱甘肽和苯丙氨酸代谢；而绿松石模块与激素水平负相关。转录组发现506个差异基因（DEGs），其中蓝色模块（含MAP3K9、PRUNE2）与GnRH分泌显著相关，富集于TGF-β和Wnt信号通路。

多组学联合分析表明，MAP3K9（MAPK通路激酶）、PRUNE2（神经发育调控因子）和KCNIP4（钙离子通道调节蛋白）与2-花生四烯酰甘油醚等代谢物协同作用，可能通过调节GnRH神经元能量代谢促进性成熟。特别值得注意的是，谷胱甘肽代谢通路在转录组和代谢组中均被显著富集，其中IDH1介导的GSSG/GSH转化平衡可能影响下丘脑神经内分泌功能。

这项研究首次系统描绘了山羊下丘脑在性成熟过程中的多组学调控图谱，不仅为理解神经内分泌调控机制提供新视角，更为山羊育种提供了潜在分子标记。发现的MAP3K9-PRUNE2调控网络和谷胱甘肽代谢轴，为改良山羊繁殖性能开辟了新思路。未来研究可进一步验证这些靶点在神经电活动调控和激素脉冲分泌中的具体作用机制。