项目文章 | mGWAS加速肉鸭育种研究进程

2023年04月04日，中国工程院侯水生院士课题组在国际知名期刊Adv. Sci. (IF 17.521)上发表题为“Metabolome-Based Genome-Wide Association Study of Duck Meat Leads to Novel Genetic and Biochemical Insights”的文章，迈维代谢为本研究提供代谢组学检测和mGWAS分析服务。

肉类是世界上消费最多的食物之一，在人类饮食中具有独特的风味和高营养密度。然而，对肉类营养和风味的遗传和生化基础了解甚少。作为一种复杂的食物，肉类表现出各种各样的生化特性，这些特性在很大程度上是由各种代谢物决定的，包括亲疏水代谢物中的亲水代谢物和脂质不仅提供必需的营养，而且作为风味前体挥发物，决定了肉的风味。挥发物对良好的风味尤为重要，它是通过各种代谢物之间复杂的化学反应产生的，如脂质自氧化和美拉德反应。

近年来，代谢组和挥发物分析在肉类表型研究中得到了广泛应用。然而，对肉类代谢组、挥发物及其相关性的研究尚不系统，这阻碍了对肉类营养和风味的进一步研究和改进。

代谢组学分析结合全基因组关联研究(genome-wide association studies, GWAS)使得同时筛选大量重要代谢性状的遗传位点成为可能，从而了解代谢多样性的遗传基础及其与复杂性状的相关性。例如，已经在人体中开展了血液代谢物的代谢GWASs (mGWASs)，从而鉴定了大量代谢物的遗传位点，并为许多疾病相关的关联提供了新的见解。在植物方面，对水稻、玉米、小麦、番茄、桃、等重要作物和水果进行了一系列研究，为了解代谢组的遗传基础和提高营养价值的育种提供了不可或缺的参考。

因此，了解肉类中代谢组和挥发物的遗传基础对于改善和增强肉类的营养价值和风味至关重要。北京烤鸭是一道以北京烤鸭为原料的世界名菜，连城鸭作为一种优秀的本土品种，因其味道鲜美而深受当地消费者的喜爱，然而肉鸭品种在北京地区和非北京地区之间存在着巨大的差异。

本文采用代谢组学方法，对北京鸭与连城鸭杂交产生的梯度亲缘分离群体的423份骨骼肌样品中的3431种代谢物和702种挥发物进行了分析。作者鉴定了2862个基于代谢组的全基因组关联研究(mGWAS)信号和48个潜在调节代谢物和挥发物水平的候选基因，其中79.2%由顺式调控元件调控。

北京鸭与连城鸭梯度亲缘分离群体的肉代谢组特征及相关性研究。a)梯度亲缘设计用于产生大型分离鸭群体，以确定代谢物和挥发物的遗传和生化基础。b) PCA根据snp将423个人划分为6个独立的聚类。c)对423个个体的PLS-DA分析显示，基于代谢物和挥发物的水平，7个品系连续分布。d)描述次级代谢物和挥发物之间Pearson相关性的热图。红框表示Pearson相关系数大于0.3，蓝框表示Pearson相关系数小于- 0.3。左下角标注了三个矩形。

表1 肉类中亲水性代谢物、脂质和挥发物展示

表2 mGWAS中发现的全基因组显著关联展示

表3 从mGWAS结果中分析的48个基因结果

发现编码血浆乙醇胺脱饱和酶1的TMEM189显著相关。2-吡咯烷酮和甘油磷脂的水平受AOX1和ACBD5基因表达的调控，进而分别影响挥发物、2-吡咯烷酮和癸醛的水平。GADL1和CARNMT2的遗传变异决定了49种代谢物的水平，包括l -肌肽和鹅胺。该研究为骨骼肌代谢的遗传和生化基础提供了新的见解，为精确改善肉类营养和风味提供了宝贵的资源。

过去使用的是建立在数量遗传学基础上的常规育种技术。例如，采用杂交、近交、双向选择等技术，并根据不同品系肉鸭的特性、培育目标等，采用表型选择、家系选择和综合指数选择等培育肉鸭新品种，需要观察的性状指标达到80个左右，并通过品系间杂交等解决了家禽的繁殖效率与抗逆、抗病、产肉效率之间的矛盾等。现在作者针对肉鸭的具体性状，采用常规育种与基因型选择或基因组选择的方法育种，大大加速了肉鸭的育种进程。

迈维代谢提供的广泛靶向代谢组技术∶一种整合了非靶向代谢组"广泛性"和靶向代谢组"准确性"检测技术优点的新型代谢组检测技术，可实现在生物样本中一次性定性定量检测3000+功能代谢物。广靶代谢组具有高通量、高灵敏度、定量准等特点，是代谢组学不可多得的研究利器！

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应用方向