中国农业科学院北京畜牧兽医研究所水禽育种与营养创新团队长期聚焦优质肉鸭育种的核心科学问题——骨骼肌发育和优异风味物质沉积规律开展系统和深入的研究。近期陆续取得阶段性进展，相关研究成果发表在《Advanced Science》《GigaScience》《Animal Genetics》和《Poultry Science》期刊。
胸肌是家禽肉用价值最高的部位，营养丰富、易于加工，其重量可占全身肉重的40-50%，胸肌重量和品质是分割加工型肉鸭品种选育首要的目标性状。据团队首席周正奎研究员介绍，基于团队积累的北京鸭10个世代群体拷贝数变异关联分析，发现 EXOC4 基因多拷贝基因型在选育中频率逐渐增加，该CNV可解释1.90%的胸肌重变异， EXOC4 通过提高葡萄糖转运与胰岛素合成速率促进胸肌的发育（图1）。这是鸭上首个与经济性状显著相关的高置信结构变异的报道，不仅阐明了结构变异在肌肉发育中的作用机制，还为胸肌重选育提供了可靠的分子标记。研究同时发现，虽然受到了持续强烈选择，但是受选择的等位基因频率在第十世代群体中均没有被固定。基因组大数据科学解释了为何“畜禽育种如逆水行舟”，常规育种一旦放松选择或随机交配，优异等位基因频率将快速回落，目标性状也随之衰退，而分子育种则可以将优异等位基因在群体中快速纯合。相关研究成果发表在《GigaScience》。
骨骼肌的微观结构可以更加精确地评估肉的品质。肌纤维是骨骼肌的基本单元，肌纤维直径决定了肉的产量与品质；肌束膜是一层把肌纤维围合成束的结缔组织鞘膜，其厚度对肉的口感有影响。为探究鸭胸肌的发育规律及组织结构，研究人员以北京鸭和连城白鸭为研究对象，采集不同发育阶段的胸肌，通过扫描电镜和透射电镜进行微观结构解析，发现连城白鸭肌束膜胶原结构较厚，且胸肌中胶原蛋白标志基因的表达量显著高于北京鸭（图2）。空间代谢组学分析发现SM (d18:1_19:1)、PS (17:0_22:5)和PE (20:2_18:0)等脂质分子特异性分布在肌束膜上。相关研究成果发表在《家禽科学（Poultry Science）》。
围绕肌束膜的结构特征，借助光学电子显微镜，精确度量了北京鸭×绿头野鸭F2群体的胸肌微观结构表型，明确了结构性状的变异规律，将肌束膜厚度性状定位到27号染色体的 MAGI3 基因（图2），可以解释13.30%的肌束膜厚度变异和2.90%的肌内脂肪含量变异，说明肌束膜也为肌内脂肪的附着提供了物理空间。相关研究成果发表在《动物遗传学（Animal Genetics）》。
肉品质选育一直是畜禽育种的难题。一是评价指标不全面。常规测定指标，如肉色、pH、滴水损失和剪切力等，很难全面地评判肉品质优劣，缺乏科学系统的评价标准体系。二是育种效率低。肉品质是宰后性状，常规育种方法只能依据同胞或者后裔测定值进行选择。代谢组技术将复杂性状通过物质分离技术分解为代谢表型，是“复杂问题简单化”的一种思路。骨骼肌含有种类复杂的小分子代谢物，这些物质组合形成了营养功能组分和肉香的前体物，肉在加热反应后形成了人类味觉和嗅觉可以感受到的滋味和香味。因此，全面准确测定生肉（骨骼肌）和熟肉（加热变性后）中小分子代谢物含量，阐明其生化代谢特征、食用营养功效和加热前后物质转化规律，是科学评价肉品质的基础性数据。
研究团队与中心实验室合作，成功建立了鸭胸肌三类物质的代谢谱库，共检测出2481种亲水性代谢物，950种脂类代谢物和702种加热后产生的挥发性物质。分析确定了烟酰胺单核苷酸（NMN）、甜菜碱、牛磺胺，缬氨酰甲硫氨酸等87种影响肉品质的关键代谢物及挥发物。48个代谢物定位到大效应遗传调控基因（图3），如对机体神经系统起保护作用的缩醛磷脂受到 TMEM189 调控；有抗氧化、增强肌肉力量功能的肌肽及鹅肌肽受到 GADL1 和 CARNMT2 两个基因协同调控；加热产生的具有油脂香味的癸醛与 ACBD5 基因显著相关，具有枫糖味或烧烤香味的2-吡咯烷酮含量受 AOX1 基因的调控。该研究明确了与肉品质相关代谢物的生化和遗传基础，为优质肉鸭新品种培育提供了丰富的基因资源，并为其它畜禽肉品质遗传改良提供了新的思路。相关研究成果发表在《先进科学（Advanced Science）》，并被作为frontispiece文章推荐。
以上研究得到了国家水禽产业技术体系、中国农科院创新工程重大科研任务、国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家青年拔尖人才等项目的支持。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202300148
https://academic.oup.com/gigascience/article/doi/10.1093/gigascience/giad016/7086661
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/age.13297
https://doi.org/10.1016/j.psj.2023.103106
图1 发现 EXOC4 拷贝数与胸肌重显著正相关
图2 根据电镜下肌束膜胶原结构，鉴定到肌束膜厚度主效基因 MAGI3
图3 鸭肉品质代谢物大效应基因分布；Advanced Science期刊Frontispiece文章推荐