文献解读 | 代谢研究揭开绿壳鸭蛋褪色之谜

一、背景介绍

是否曾好奇为什么有些鸭蛋会呈现绿色或蓝绿色？这种外观上的差异，其实是一种天然的生物染色过程，蛋壳的底色其实是碳酸钙的白，能给它染色的有两种天然色素：胆绿素和原卟啉，它们是由母鸭体内合成的色素分子，母鸭可以把自身血红素转化为胆绿素，产蛋前3小时在子宫蛋壳腺，色素会精准沉积到蛋壳表面，从而引起绿色或蓝绿色外观。然而，即便是基因相同的鸭群，所产蛋壳颜色仍深浅不一，且随母鸭年龄增长普遍变淡，导致商品一致性差、市场价值下降。消费者常将深绿色视为高品质象征，因此“褪色”问题成为产业痛点。长期以来，胆绿素是源于肝脏合成还是蛋壳腺本地生成一直存疑。本研究结合代谢物质检测与转录测序，试图揭示背后分子机制，为通过育种或营养干预实现蛋壳颜色稳定提供科学依据。

 

二、材料方法

研究选取北京鸭作为实验对象，追踪其在30、50、60和70周龄时的产蛋情况，根据蛋壳颜色强度分为三组：深绿（D）、中绿（M）、浅绿（L），在30周和70周采集蛋壳腺、肝脏和十二指肠组织样本液氮速冻，每点每组留10只进行转录测序或7只进行代谢检测。研究中色素检测以甲醇-盐酸萃取后420 nm比色测定胆绿素与原卟啉IX；组织样本进行切片HE染色以Image-Pro测蛋壳腺上皮厚度；提取蛋壳腺和肝脏总RNA进行转录测序，构建文库并进行高通量测序，比对至鸭参考基因组（ZJU 1.0），以CPM值进行基因表达定量；采用液相色谱-串联质谱技术检测蛋壳腺和肝脏中的代谢物，进行K-means聚类和差异代谢物（DEMs）筛选；相关验证采用定量PCR对关键基因如ST13、ALAS1等进行检测。转录数据经去噪、比对进行差异表达分析；代谢数据经处理校正后结合鉴定评分和CV筛选差异代谢物；相互作用分析采用WGCNA构建基因模块，识别与蛋壳颜色相关的核心基因网络；采用GO和KEGG功能富集分析，通过单样本基因集富集分析评估通路活性；相关统计分析使用SPSS ，组间比较采用单因素方差分析，结合Duncan多重比较检验，基因与代谢物的相关性采用Spearman相关分析。

 

三、结果讨论

研究发现随母鸭年龄增长，经30周至70周，蛋壳绿色逐渐变浅，RGB值升高，且深绿、中绿、浅绿间差异显著；胆绿素含量与颜色深度高度一致，在深绿组中最高，随年龄和颜色变浅而显著下降，而原卟啉IX无显著差异，表明胆绿素是关键色素。

组织学分析显示，蛋壳腺上皮厚度在深绿组最厚，且与胆绿素含量显著正相关，提示结构完整性影响色素合成能力。多组学分析发现ST13基因表达随颜色变浅而降低，且与磷脂代谢物（如PC、PE）显著正相关。WGCNA网络分析表明ST13与ALAS1共表达，富集于卟啉代谢和甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢通路。研究表明蛋壳腺而非肝脏是胆绿素的主要合成场所：HMOX1和BLVRA基因表达及胆绿素、胆绿素IXβ代谢物丰度在蛋壳腺中显著高于肝脏，且在深绿组中最高；相反，肝脏中UROD和FECH表达更高，原卟啉IX积累更多，提示肝脏主导血红素代谢但不参与绿色沉积；RT-qPCR进一步验证了ST13等基因的表达趋势。

 

四、研究结论

研究揭示了鸭蛋颜色变浅的分子机制，明确了胆绿素合成的主要场所，并鉴定出核心调控基因ST13，其通过影响磷脂代谢和卟啉代谢通路调控色素沉积，这些研究发现具有重要科学与产业价值。而研究成功应用的多组学策略，充分展现了组学技术在解析复杂性状中的优势，能够系统揭示基因-代谢-表型之间的复杂关系，为畜禽重要经济性状的研究提供了可推广的技术范式。

 

五、结果展开

图1. 显示蛋壳颜色与蛋壳腺组织形态随时间发生的变化

a. 显示 30、50、60 和 70 周龄时的蛋壳颜色

b. 显示 30、50、60 和 70 周龄蛋壳的 RGB 值

c. 显示 30、50、60 和 70 周龄蛋壳中胆绿素含量

d. 显示 30、50、60 和 70 周龄蛋壳中原卟啉 IX 含量

e. 显示 30 和 70 周龄时蛋壳腺上皮厚度

 

图2. 显示蛋壳腺与肝脏差异代谢物的筛选与功能分析结果。

a. 显示蛋壳腺代谢物丰度。

b. 显示蛋壳腺代谢物的 K-means 聚类。

c. 显示肝脏代谢物的 K-means 聚类。

d. 显示蛋壳腺 D_L、D_M、M_L 三组间差异代谢物韦恩图。

e. 显示蛋壳腺 D_L、D_M、M_L 三组间差异代谢物火山图。

f. 显示肝脏 D_L 组间差异代谢物火山图。

g. 显示蛋壳腺差异代谢物 KEGG 通路富集分析。

h. 显示肝脏差异代谢物 KEGG 通路富集分析。

 

图3. 显示ST13与蛋壳腺磷脂代谢的关联分析。

a–c. 显示蛋壳腺（30周）D_M、D_L、M_L三组间差异表达基因（DEGs）火山图。

d. 显示蛋壳腺（30周）三组间DEGs韦恩图。

e–g. 显示蛋壳腺（70周）D_M、D_L、M_L三组间差异表达基因（DEGs）火山图。

h. 显示蛋壳腺（70周）三组间DEGs韦恩图。

i. 显示 30周与70周龄蛋壳腺DEGs韦恩图（含ST13）。

j. 显示 ST13在蛋壳腺、肝脏及十二指肠的CPM表达量。

k. 显示 ST13在30与70周龄肝脏和蛋壳腺的CPM动态比较。

l. 显示 ST13表达量与蛋壳腺差异代谢物（DEMs）的相关性热图。

 

图4. 显示ST13相互作用网络与功能注释。

a. 显示模块稳定性分析。

b. 显示共表达模块的聚类树状图。

c. 显示ST13核心互作网络。

d. 显示ST13网络基因的GO功能富集分析。

e. 显示ST13网络基因的KEGG通路富集分析。

 

图5. 显示蛋壳腺与肝脏中胆绿素的合成通路。 

a. 显示胆绿素合成关键酶在蛋壳腺和肝脏的表达量（CPM）。

b. 显示胆绿素合成相关代谢物在蛋壳腺与肝脏的相对丰度。

c. 显示蛋壳腺与肝脏之间胆绿素合成通路中基因表达和代谢物丰度的倍数变化。

 

图6. 显示ST13相关基因的RT-qPCR验证。

a. 显示 30周龄产蛋鸭蛋壳腺关键基因的qPCR结果。

b. 显示 70周龄产蛋鸭蛋壳腺关键基因的qPCR结果。

 

参考文献：

Wang L, Yu S, Zhang Y, Guo Z, Wang S, Hou S. Integrated transcriptomic and metabolomic analysis reveals mechanisms of eggshell color variation in Pekin ducks. Poult Sci. 2025 Sep 3;10411. 显示:105789. doi: 10.1016/j.psj.2025.105789.