解锁鸡细胞介导免疫的遗传密码：全基因组关联研究与基因集富集分析

《BMC Genomics》：Unlocking the genetic code: a comprehensive Genome-Wide association study and gene set enrichment analysis of cell-mediated immunity in chickens

为解决家禽免疫系统相关问题， Tarbiat Modares 大学的研究人员开展了鸡细胞介导免疫（CMI）的全基因组关联研究（GWAS）和基因集富集分析（GSEA）。研究发现 147 个与 CMI 性状相关的 SNP 及 26 个关键基因，这有助于提高鸡的免疫力，推动家禽育种发展。

　　在现代家禽养殖中，鸡的健康对于保障稳定的蛋白质供应和经济效益至关重要。然而，鸡群时常受到各种疾病的威胁，免疫系统就像它们的 “保护盾”，其中细胞介导免疫（CMI）在对抗细胞内病原体方面发挥着关键作用 。过往的研究虽然通过全基因组关联研究（GWAS）发现了一些与细胞介导免疫相关的染色体区域，但对于家禽细胞免疫的了解还不够深入，存在许多尚未明确的基因和生物学机制。这就好比在一座宝藏岛上，虽然找到了一些宝藏的线索，但还有大量宝藏等待挖掘。为了深入探索鸡细胞介导免疫的遗传奥秘，来自 Tarbiat Modares 大学的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《BMC Genomics》上 。
研究人员为了探究细胞免疫系统的功能，以 312 只 Arian 肉鸡和 Urmia 本地鸡杂交的 F₂代鸡为研究对象。他们利用二硝基氯苯（DNCB）溶液涂抹鸡的皮肤，通过测量涂抹前后皮肤厚度的变化来评估细胞介导免疫反应 。同时，运用 Illumina 60k SNP BeadChip 对这些鸡进行基因分型，并进行了质量控制。随后，采用广义线性模型（GLM）进行全基因组关联分析，还利用 Enrichr 数据库和 STRING 数据库分别进行功能富集分析和蛋白 - 蛋白相互作用（PPI）网络分析，以及运用置换检验进行共定位分析。

1. 描述性统计与质量控制结果：经过质量控制，研究人员剔除了不符合标准的变异，最终保留了 42794 个变异和 312 个样本用于后续分析 。这些样本的细胞介导免疫（CMI）数据显示，均值为 1.52，标准差为 0.71，这为后续的分析提供了基础数据。
2. 全基因组关联分析（GWAS）结果：通过 GWAS 分析，研究人员发现了 147 个与 CMI 性状显著相关的单核苷酸多态性（SNP） 。这些 SNP 分布在多个染色体上，它们与 1363 个基因相关。这就像是找到了 147 把 “钥匙”，打开了 1363 扇通往细胞免疫遗传奥秘的大门 。
3. 通路分析结果：对这些相关基因进行功能注释分析后，发现它们在 8 个 KEGG 通路、22 个 Reactome 通路和 18 个生物学过程中显著富集 。这些通路涉及到免疫反应的多个方面，比如细胞凋亡的调节、巨噬细胞迁移的正调控等 ，这表明这些基因在细胞免疫过程中发挥着重要作用。
4. 蛋白 - 蛋白相互作用（PPI）网络分析结果：构建的 PPI 网络包含 301 个基因节点和 699 个相互作用边，并且通过聚类分析得到了三个功能模块 。进一步的功能富集分析发现，这些模块中的基因与细胞免疫反应密切相关 。此外，研究人员还通过多种拓扑分析方法确定了 26 个 hub 基因，这些基因在多个免疫相关通路中显著富集，是细胞免疫反应的关键参与者。
5. 共定位分析结果：共定位分析显示，147 个 SNP 中有 42 个位于与免疫系统相关的数量性状基因座（QTL）区域 。对这些区域相关基因的功能分析发现，它们涉及到 Wnt 信号通路、Notch 信号通路等多个与 CMI 相关的通路 ，这揭示了这些基因与免疫反应的紧密联系。
   在讨论部分，研究人员指出，本次研究确定的 26 个 hub 基因大多直接或间接参与细胞免疫反应相关通路 。例如，MAP3K8 基因在多种分析方法中都被识别出来，它在中性粒细胞激活、白细胞迁移等过程中发挥作用，对细胞免疫反应至关重要 。PSMA3、PSMB4 等基因也在多个免疫相关通路中出现，在免疫调节中具有重要意义 。
   总的来说，这项研究通过一系列实验和分析，发现了与鸡细胞介导免疫反应密切相关的基因和通路 。这些发现为深入理解鸡的免疫遗传机制提供了重要依据，在实际应用中，有助于筛选具有优良免疫基因的鸡种，从而提高鸡群整体免疫力，减少因疾病造成的经济损失，推动家禽养殖业的健康发展。同时，研究人员也指出，未来结合 RNA-seq 数据进行研究，以及对这些候选基因进行验证，将进一步加深对细胞免疫反应的理解 。